Голографическое устройство для распознавания образов Советский патент 1983 года по МПК G03H1/16 

Изобретение относится к области голографической обработки информации и может Оыть испольэорано при распознавании, в первую очередь, объектов,которые при одинаковой форме могут иметь различный масштаб, например речевых сигналов, строчн лх ипрописных печатных знаков, анализе результатов физических и Медикобиологических экспериментов.

Известно Ролографическое устройство для распознавания разномасштабных объектов ij , в котором используется возможность изменения масштаба Фурье-спектра транспаранта с распознаваемыми объектами при его освещении сходящимся пучком когерентного света. Данное устройство включает источник когерентного излученияJ коллиматор, первый Фурье-преобразующий объектив, транспарант, Фурье-гоЛограмму эталона распознавания, второй Фурье-преобразующий .объектив. Изменение расстояния от транспаранта до голограммы эквивалентно изменению масштаба объектов на транспаранте,- .

. Недостатками устройства являются необходимость механического передвижения транспаранта и плоскости регистрации сигналов, что резко снижает скорость обработки, а также низкое отно111ение сигнал/шум при распознавании из-за изменения плотности светового потока на поверхности транспаранта при его перемещении. .

Наиболее близким по технической сути к изобретению является голографическое устройство для распоз- навания образов,, содержащее источник освещения и расположенные последовательно на одной оптической оси коллиматор, транспарант с распознаваемыми объектами, объектив Фурьепреобразования, Фурье-голограмму эталона.распознавания и объектив обратного Фурье-преобразования 2. Данное устройство позволяет распознавать различные по масштабу объекты за счет использования многоканального голorpaNWHoro .фильтра, на котором ё качестве эталона paicпознавания записаны объекты с раз-личным масштабом. Отличие в разме;р,е ближайших по мас1чтабу эталонных :Ьбъектов выбирается таким, сигнал корреляции с одним из эта- -. лонных объектов превышал шум для распознаваемых объектов любого размера в заданном диапазоне масштабов.

Недостатком данного устройства является низкое отношение сигнал/шум обусловленное следующими причинами. Если на Фурье- голограмму записывается большое число эталонных- объек- тов, для того, чтобы перекрыть требуемый диапазон масштабов, то отношв ние сигнал/шум ухудшается из-за огрниченной информационной емкости регистрирующей среды -для записи голограмм. Если уменьшить число записьтваемых эталонных объектов, увеличив разницу, в размерах между ближайшими из них, то произойдет умен1;шение отношения сигнал/шум за счет того, что сигналы объектов распознавания, имеющих размеры промежуточные относительно эталонных объектов,, будут малы по величине.

Целью изобретения является повышение отношения сигнал/шум при рарпознавании одинаковых по форме объетов различного масштаба за счет одновременного сравнения распознаваемого объекта с непрерывным множеством эталонов различного . Поставленная цель достигается тем, что в голог1рафическом устройстве распознавания образов,/ содержащем источник освещения и расположенные последовательно на одной оптической оси коллиматор, транспаран с распознаваемыми объектами, объектив Фурье-преобразования, Фурьеголограмму эталона распознавания и объектив.обратного Фурье-преобразовния, источник освещения выполнен в .виде источника с непрерывным спектром длин волн, в устройство введен блок кодирования по цвету сигнала корреляции, расположенный за объективом обратного Фурье-преобразования, выполненный в виде Фурье-пре-. образующего блока, в входной плоскоти которого расположена маска с пропусканием только +1 порядка дифракции Фурье-голограммы эталона рас- познавания, а в спектральной плоскости расположена гоЛограмма для поворота +1 порядка дифракции Фурьеголограммй эталона распоз.навания и распространения его вдоль оптической, оси устройстваi Схема устройства представлена на чертеже.

Устройство содержит последовательно располойсенныё на одной оптической оси источник освещения с

.непрерывным спектром длин волн 1, коллиматор 2, транспарант с расположенными объектами 3, первый Фурьепреобразующий объектив 4, Фурьеголограмму .эталона. распознавания 5, Объектий обратного Фурье-преобразования б,блок кодирования по цвету х;игна ла корреляции, состоящий из маски 7, закрыва1ощей все дифракционные порядки Фурье-голограммы эта- лона распознавания, кроме , Фурье-преобразующего объектива 8, гопрграммы 9, обеспечивающей поворот +1-ГО порядка Фурье-голограммы

эталона распознавания и его даль- . нейшее распространение вдОль оптической оси устройства, Фурье-преоб разующего объектива 10. Луч от источника 1 расширяют коллиматором 2 и освещают транспарант 3 с распознаваемым объектом й() , где 7 - вектор в плоскости транспаранта. Объективом 4 выполня ют преобразование Фурье амплитудного пропускания транспаранта и в плоскости голограммы 5 получают распределение амплитуд, пропорциональное вьфажению Mii4 1 «. где G {) - Фурье-образ функции ампли тудного пропускания (Т) , If - вектор в плоскости голограммы 5; f -фо кусное расстояние Фурье-преобразующик объективов} Л - длина волны; 1(Я) - спектральная плотность ампли туды Излучения источника. В устройстве используется Фурьеголограмма эталрна{(Т)-, записанная на/длине волйы 1, соответствующей центру спектра излучения - иат рдника Ц-А , с огТорной волной г-яг-т л ЛОЬ Пр;1чем центр эталона при записи рас полагается на оптической оси схемы записи.Тогда амплитудное пропускани голограммы 5 в направлении +1-го 2i.5J порядка пропорционально - / м гдеТ(0 - Фурье-образ амплитудного пропускания эталонаi{) . Объективом 6 в +1-м порядке дифракции получают распределение амплитуд, пропорциональное ,(()di.i

сравнение объектаg(x) происходит одновременно с непрерывным множеством эталонов, отличщощихся масштабом и,,/ . ,

Ecлиg( i() / т.е. rfC) совпадает по форме с эталоном, но отличается .по размеру в oi раз и положению на Ь , то спектральная составляющая амплитуд при Я -jf есть .

()).Ъ(Й+х)-Н)4 .

b((x..:)dt 4i))--S), .

гдеЧ{|{1) - функция автокорреляции эталона. Таким образом, использовав.плоскости гoлoгpaм ttI 9. В результате пучок +1-ГО порядка дифракции. Фурье-голограммы 5 поворачивают и направляют вдоль оптической оси- устройства. Четвертым Фурье-прербразующим объективом 10 получают распределение амплитуд, пропорционс1Л ное

аН(1.)((.1Г))4.

m4n Л №01

Если в остальных случаях то возможно распознавание ;объектов, отличающихся по размеру в

° помощью одного эталонногбобъекта на голограмме. Для ви-;;димого излучения Ящин &0,4 мкм и

i Maicc О «е. К 1,5, допустимо изменение размера объектоь на 50%. . Оценим отношение сигнал/шум для предлагаемого устройства и прототи- , ние полихроматического освещения позволяет получить сигнал совпадения объекта с эталоном при отличии их масштаба. По цвету сигнала совпадения объекта с эталоном, соответствующему. - ,,можно определить истинный размер обнаруженного объекта. Амплитудные составляющ1ае с Я -ф - описывают кросскорреляцию разномасштабных объекта и эталона., Це|1тр сигнала совпаденияЬ - -ь ,, -, V ос /об ) находится в точке1Го--Ъ4- положение которой зависит от масштаба распознаваемого объекта из-за члена а/сс. Этот факт может привести к снижению отношения сигнал/шум распознавания, так- как возможно суммировйние сигналов в одной точке от различных o6bekTOB, что увеличивает шум, а спектральные компоненты сигнала от, одного объекта, в том числе с длинами волн, близкими , дающими существенный вклад в суммарный сигнал, оказываются пространственно разделенными, что уменьшает величину сигнала. Этот недостаток можетбыть, устранен, если положить/оГ / 0. Однако это не может быть сделано на . стадии записи голограммы 5, так как необходимо обеспечить разделение порядков дифракции. Устранения смещениям/с6 достигают элементами 7, 8, 9, 10. Маской 7 пропускают только +1-й порядок дифракции голограммы 5. Объективом 8 выполняют Фурье-преобразование и . пропускают +1-Й порядок через голограмму 9, амплитудное пропускание ./,.е«-та/ V - вектор которой па. Пусть .необходимо распознавать объекты, размер которых может меняться в М раз, а заданное отношение сиг нал/шум для распознавания с помощью прототипа объекта по сГдному эталойному объекту .дости гается .при их вэаимном различии в размере йе более, чем в in раз. Число эталонных объектов, которое должно быть записано на Фурье-голо -- - и I грамму для прототип а, есть пр дпагаемогоустройства , где MOItC к Ктг Tai{ как отношение сисАМИН - -- нал/шум уменьшается пропорциональн количеству записанной на голограмм информации, то ,, ./§ ./§ nd..f§ -/SV К ANLotdiv,nab)n Л- Ч /npeAп. VN/, О м (предп. npoidtvtna устройстве Выигрыш в увеличении отношени сигнал/шум распознавания при испо/1ьзовании предлагаемого устройства , есть .4 , типичное значение ч hi л 1,01, а k 1,5, T.ei отношение сигнал/шум, увеличивается в 50 раз. Данное устройство позволяет распознавать объекты, значительно отлйчаняциеся по масштабу при высоком отношении сигная/шум. Йветойая родировна (по длинам волн сигналов опознавания облегчает обнаружение-объект тов и -определение их истинного размера-. Кроме того, достоинством устройства является возможность использования в нем .пространственно некогерентного источника , что позволяет ус ранйть влияние фазовых неодно-. родностей транспаранта с распознаваемыми объектами и тем самым дополнительно повысить отношение сигнал/ шум при pacno3HaBiaHHH. .

ГОЛОГРАФИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАСПОЗНАВАНИЯ ОБРАЗОВ, содержащее источник освещений и расположенные последовательно на одной оптической /оси коллиматор, транспарант с распознаваемыми объектамиj объек.тив Фурье-преобразования, Фурьеголограмму этгшона раяпознавания и объектив обратного Фурье-преобразования, отлйча. ющееся тем, что, с целью повьоиения отношениясигнал/LjyM при распознавании одинаковых по форме объектов различного масштаба, источник освещения выполнен в виде источника с непрерывным спектром дпин волн, и в .устройство введен блок кодирования по цвету сигнала корреляции, расположенный за объективом обратного Фурье-преобразования, выполненный в виде Фурье-преобразующего блока, в входной плоскости которого расположена маска с пропусканием, только +1 порядка дифракций Фурье-го- . j лограммы эталона распознавания, а в спектральной плоскости расположена голограмма для поворота +1 порядка дифракции Фурье-голограммы .эталона распознавания и распространения его вдоль оптической оси устройства.