Способ диагностики Советский патент 1976 года по МПК G03C9/08 

(54) СПОСОБ ДИАГНОСТИКИ

1

Изобретение относится к технике гопографического .распознавания образов, Iкоторая может быть применена при решении задач гологрг.фипеской диагностики, заключающихся в установлении соответствия между набором входных параметров и функций состояния диагностируемой системы.

Известный способ голографического распознавания образов осуществляют посредством схемы Фурье - голографии.

Исходную информацию предварительно записывают на голограмму, которую называют фильтром. Распознаваемое изображение вводят в виде пластинки (транспаранта) с переменным по амплитуде и фазе пропусканием. Через транспарант пропускают пучок когерентного света. Если на фильтр ранее уже было записано изображение, тождественное изображению предъя-о-.яемому для распознавания, то на выходе (в плос;{ости корреляции) затхэрится яркая точка.

Недостатком известнотх) способа голо1 некого распознавания образ1)В являVirtt

ётся низкое отношение сигнал/шум tt()ii )азличении схожих объектов.

Под отношением си1-нал/;иум понимают

Зо- J

г

Зо J

(1)

гдеЗо -регистрируемая интенсивность при наличии сигнала распознавания; D -регистрируемая интенсивность в

отсутствие сигнала распознавания,

Так, например, если на фильтр записан транспарант, в котором ин(юрмация закодирована вп пробитых отверстиях, а на вход предъявлен транспарант, в котором с записанным совпадают и -1 отверстий, то на выходе известной установки гх1лографической согласованной фил15 рации максимум интенсивности сигнала кросс-корреляиии уменьшится Bl-R раз по сравнению с тем случае:.), когда все п. отверстий входного транспаранта совпадают с OTBepcTHRsui записываемого TpaHciiapain -j (гм.фиг.),

Отношение сигнал/шум в это .л случае ()авно „Л л - и стремится к нулю при воэрас к.

тании л.

Цель изобретения состоит в разработке такогх) способа распознавания, образов, который позволит увеличить отношение сигнал/шум (тем самым снизить требования к .регистрирующей аппаратуре) и увеличить надежность реализации способа.

Поставленная цель достигается за счет TOIX), что на транспаранте кодируют мно1Х)мерную статистическую функцию распре деления по каждой совокупности параметров, соответствующих одному событию, осуществляют дискретизацию входного и записываемого транспарантов, записывают дискретизированные негативы:транспарантов на многоканальный фильтр и формируют дискретизированный корреляционный синал. Фильтр, на который записаны негативы транспарантов, с закодированной на них ; 4формацией, назван антикорреляционным блоком памяти.

Под антикорреляцией понимается

К(П 7/lx)-(l-f()Jx . (2

где(х) -коэффициент амплитудного пропускания входного транспаранта;

J(x)- коэффициент амплитудного пропускания транспаранта, на который закодирована информация, предназначенная для создания блока памяти; Z -, обозначение комплексно-сопряженной величины, ) и q(x) действительные функции,

то ti(t)(l-())dX . (3 {адежность реализации способа повышают посредством дискретизации входного транспаранта, а также негативов записьГваемых транспарантов. {конкретнее, каждый транспарант разбивают на ячейки, затем эти ячейки раздвигают, а пространство между ними делают прозрачным). Надежность реализации способа повышают также пре- обравованием формы выходного сигнала в (ST-функцию и уменьщением величины антикорреляции между входным и негативом записанного на фильтр транспаранта за счет применения -образующего устройств (в п{юстейшем. случае - диффузного рассеивателя).

Последнее обстоятельство (применение дельта - образующего устройства) также позволяет записать больщее число транспаpaiiTOB нг один участок фильтра и увеличить плотность выходных сиг-налов. Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами.

На фиг. 1 показан сигнал антикорреляции ti(t) , когда записываемый транспарант о(х), представляющий собой непрозрачную пластинку с четырьмя отверстиями, тождественен входному транспаранту.-f (xV;

на фиг, 2 показан сигнал кросс-корреляции kW , когда записываемый на фильтр транспарант О (.W отличается от входного

/ (X) расположением одного отверстия; 1л

на фиг. 3 показана кросс-корреляция

h(t) функций (х) и j U);

, h(t)-7/(X)-J()JX :

гдe(l(t)- показывает распределение амплитуды светового сигнала на выходе установки голографической согласованной фильтрации, когда:

(х) амплитудное пропускание входно го транспаранта;.

(ii) - амплитудное пропускание транспаранта, записываемого на фильтр;

на фиг. 4 показан сигнал кросс-корреляции К.(0на выходе установки в случае, когда входной транспарант j(x) отличен от записываемого на фильтр (х) ;

на фиг. 5 показана антикорреляция Ь{1)функций JiW и о(х) :

h(t)-Jy(x).(i-())jx

где D ) - амплитудное пропускание транспаранта, записаннотх) на фильтре {его негатив g(.x) тождественен входному

транспаранту|Сх) ;

на фиг. 6 показан антикорреляционный сигнал h.(t) на выходе установки в случае, если входной сигнал|Сх) отличен от негатива 0(х) сигншта, записанного на фильтр;

на фиг. 7 показан антикорреляционный

сигнал h(t) на выходе установки в случае, когда входной(х) и за1шсыЬаемыйЗ-9 транспарант дискретизированы (входной транспарантР(х) и негатив записываемого

|Транспарантао(х) до дискретизации тож1дественны) .

На фиг. 8 показан антикорреляционный сигнал K(t) на выходе установки в случае, когда входной :f (х) и записываемыйD- С)

транспарант дискретизированы (до дискретизации входной транспарант и негатив записываемого транспаранта отличались друг от друга).

На фиг. 9 показан сигнал антикорреляции fid) от входного сигнала jCx) и негатива записываемого сигнала о(х) в случае применения о -образующего устройства, причем входной транспарант и негатив записываемогхэ транспаранта отличаются друг от

друга. На фиг. 10 показан сигнал антикорреляции tlU) от входного сигнала U и негативу записываемого сигнала jWe случае применения В -образующего устройства, причем входной транспарант и негатив ае1 писываемого транспаранта тождественно совпадают. На фиг. 11-14 на примере простого транспаранта (фиг.11) показан негатив этого транспаранта (фиг. 12), также результат дискретизации исходного транспаранта (фиг. 13) и его негатива (фиг. 14 На фиг, 15 изображена блок-схема ;установки голографической согласованной 1фильтрации, используемая при апробироваНИИ предложенного способа голографической диагностики, которая содержит источник монохроматического когерентного излучения (например, лазер) 1, вход установки 2, Фурье-преобразователь (например, линза) 3, фильтр 4, Фурье-преобразователь 5, выход установки 6, блок реализации дискретизации 7,5 -образующее ; устройство 8.. На фиг. 16-19 показаны результаты апробирования предлагаемого способа на .установке голографической согласованной фильтрации (матрица выходных сигналов). Темное пятно в левом верхнем углу на матрице выходных сигналов (фиг. 16) указывает на то, что вероятность того, что диагностируемое событие находится на первом уровне, равна 0,7, на втором уровне О,2. Темное пятно в правом верхнем углу (фиг. 17) указывает на то, что вероятнос того, что диагностируемое событие находится на первом уровне, равна 0,1, на втором 0,7. Темное пятно в правом нижнем углу (фиг. 18) указывает на то, что вероятност того, что диагностируемое событие находится на первом уровне, равна О, а на втором уровне 0,1. Темное пятно в левом нижнем углу (фиг. 19) матрицы выходных сигналов указывает на то, что вероятность того, что диагностируемое событие находится на первом уровне, равна 0,2, на втором уров не равна О. По предлагаемому антикорреляционному способу при подаче на вход транспаранта, тождественнсго яегативу транспаранта, за- писанного на фильтр, интенсивность центра антикорреляшюнной картины на выходе равна нулю (т.и. воэиикаг-т томное пятно СМ.фиг. 5. При 11род-ьяил1.И1М1 на вход транс паранта, ОТЛИЧНО) or 11ша транспаран та, записанного на фильтр, интенсивность центра антикорреляционной картины не равна нулю (см.фиг. б). Однако более полным условием того, что при предлагаемом способе на выходе I установки возникает сигнал с нулевой интенсивностью, будет: Jf(X)-(x) dX-0 ,() t.e. сумма произведений коэффициента амтЬтитудного пропускания входного трансjnapaHrafW на коэффициент амплитудного пропускания записываемого на фильтр (транспаранта, (х) равна нулю. Иначе говоря, третий транспарант, коэффициент амплитудного пропускания которого равен произведению коэффициентов амплитудного пропускания первых двух, должен быть непрозрачным. При невыполнении условия (4) интенсивность на выходе (установки голографической согласованной фильтрации) отлична от нуля. Это условие (4) делает возможной реализацию голографической диагностики. Общая постановка задачи для диагностики заключается в следующем: задана функция состояния, которая определяет вероятность P(Si;Sj 5и, ) того, что система, зависящая от Н параметров, находится на определенном уровне. (В медицинской диагностике, например, под уровнем можно понимать определенное заболевание). Произощло событие, в результате которого стали известны значения Sj, Sj Sn,. Требуется oniv мелить вероятность нахождения системы на определенном уровне при данных 1 , Sj ,Sn. При применении способа голографической диагностики фильтр исполняет роль запоминающего устройства, на фильтр записывают информацию о функции состояния. На входной транспарант записывают информацию о диагностируемом событии. По отсутствию сигнала на выходе определяют вероятность нахождения системы на определенном уровне. Как конкретно реализуется эта задача удобно продемонстрировать на примере, когда функция состояния - функция двух переменных. Первое, что необходимо сделать - закодировать информацию о функции состояния на транспарант. Способ коирования может быть, например, такой: ункцию состояния (с определенной погещностью) представляют набором паралелепипедов. Каждому Г1г раллеле1итеау тавят в соотвотствио определенную веротность. Координаты основания каждого араллелепипеда записьнзают на отдельный

транспарант..

-Диагностируемое событие на плоскости параметров 5j, Sg можно изобразить небольшим прямоугольником. Его также коднруютна транспарант.

После завершения кодирования с транспарантом, на которых закодирована функция состояния, получаютНегативы (см.фиг. 11, 12).

Если записать эти негативы на фильтр то на выходе установки голографической согласованной фильтрации амплитуда сигнала будет представлять собой функцию гштикорреляции транспаранта, на котором закодировано диагностируемое событие и негатива транспаранта, записанного на фильтр.

При совпадении на плоскости параметров положения диагностируемого события с основанием соответствующего параллелепипеда интенсивность и соответствующей точке на выходе установки будет равна нулю. В противном случае интенсивность в этйй точке не равна нулю,

Для того, чтобы увеличить надежность регистрации сигнала на выходе установки (так как темное пятно мало и регистрирующий прибор может захватить яркие участки), нужно или расширить область локализации темного пятна или уменьшить интенсивность света вокруг него.

Первая задача решается дискретизацией, как входного трайспаранта, так и нега тивов транспарантов, записываемых на фильтр. Дискретизация; заключается в том, что трашспарешт разбивают на ячейки, ячейки раздвигают, а пространство между ними делают непрозрачным (см.фиг. 7, 8, 11-14). Вторую задачу решают уменьшением корреляции между различными участками входного и записываемого транспарантов, например, при помощи 5 -образующ го устройства (в простейшем случае диффузного рассеивателя).

В этом случае при совпадении на плоскость параметров положения диагностируемого события с основанием соответствующего параллелепипеда на выходе (установки голографической согласованной фильт реиши) соответствующая антикорреляционная картина имеет небольшую интенсивность (см.фиг. 10). В противном случае (при несовпадении) на выходе установки to центре картины антикорреляция возникает яркое световое пятно в виде S -функ1ции (см.фиг. 9). ПрименениеS -образуюшего фильтра позволяет записать на фильтр большее количество транспарантов,, ибо

диапазон интенсивностей Фурье-образа -отдельногхэ транспаранта в этом случае снижается, а также увеличить плотность выходных сигналов (так как теперь можiHo не бояться их перекрытия).

При помощи актикорреляционного спосо ;ба голографической диагностики можно |решать и более сложную задачу. Так, аналогично уже рассмотренной задаче, можно производить диагностику системы с несколькими уровнями (состояниями). В этом на выходе установки каждому темному пятну будет соответствовать несколько значений вероятностей.

Описываемый способ диагностики может найти применение в медицинской диагностике, геологической диагностике (диагностика по геологическим признакам расположения полезных ископаемых), диагностике состояния ядерных реакторов, диагностике течения химических реакций, оценке надежности приборхзв и установок, в управлении системой со стохастическим законом поведения.

Формула изобретения

Способ диагностики путем освещения объекта-транспаранта когерентным излучением, Фурье-преобразования, записи негативов транспарантов на многоканальный голографический фильтр, формирования на выходе сигнала корреляции, отличающийся тем, что, с целью увеличения отношения сигнал/шум, на транспаранте кодируют многомерную статистическую функцию распределения по каждой совокупности параметров, соответствующих одному событию, осуществл5пот дискретизацию входного и записываемого транспарантов, записывают дискретизированные негативы транспарантов на многоканальный фильтр и сформируют дискретизированный корреляционный сигнал.

иг.г

fMi.d

(Put.ft

-9

.S

(Put. 6

Риг. 7

ut.e

-3

Риг. Э

9

ut.10

иг.13

cput 1