Когерентная обработка оптического изображения

В этой главе в общих чертах показаны главные положения фурье-анали-за при формировании оптического изображения и его обработке в условиях когерентного и некогерентного освещения. Они включают как одиночное преобразование Фурье, так и преобразование в сочетании со сверткой и корреляцией. Следует, однако, сразу же привлечь внимание к тому факту, что важность этих положений не ограничивается обработкой данных, имеющих оптическое происхождение. В настоящее время можно привести большое число примеров, когда методы оптической обработки используются для данных, по своей природе не являющихся оптическими. Основная причина кроется в том, что математические операции, которые применяются для большинства оптических систем, часто используются также в системах связи. Оптический аналог весьма привлекателен, поскольку ему свойственно преимущество двумерного представления и параллельной обработки данных. Этот способ во все увеличивающейся степени внедряется в практику в связи с разработкой электронно-оптических устройств сопряжения в сочетании с ЭВМ. Когда по каким-то причинам оптические методы не употребляются, ЭВМ может применяться изолированно в целях использования тех же фундаментальных принципов для цифрового изображения и обработки. [c.84]

Рассмотрим систему оптической фильтрации изображений, представляющую собой один из вариантов когерентной системы оптической обработки информации. В нашу задачу входит определение информационной емкости такой системы и оценка влияния различных потерь информации. [c.254]

Заметим, что когерентные системы оптической обработки информации обладают рядом общих черт с некогерентными линзовыми системами формирования изображения и голографическими системами. В табл. 7.5.1 [c.254]

Третья причина связана со специфическими особенностями лазерного сигнала по сравнению с обычным оптическим излучением. Высокая временная когерентность лазерного сигнала приводит к резким флуктуациям интенсивности оптического изображения. Подобные флуктуации отрицательно сказываются на эффективности распознавания, чтобы избежать этого, необходимо разрабатывать специальные методы по улучшению качества лазерных изображений и синтезировать оптимальные алгоритмы их распознавания. Отмеченный отрицательный эффект с лихвой окупается теми новыми возможностями, которые открываются именно благодаря высокой когерентности лазерного сигнала. Это прежде всего голографические и интерферометрические методы, применение которых позволяет осуществить оптимальную обработку принимаемого локационного сигнала, а также адаптивные методы. [c.6]

Статистические особенности регистрируемого оптического изображения существенным образом зависят от того, какому световому полю (пространственно когерентному или некогерентному) оно соответствует. Это позволяет, зарегистрировав оптическое изображение, сделать надлежащий вывод, непосредственно о самом световом поле. Такая информация оказывается часто необходимой как для того, чтобы правильно обработать зарегистрированное оптическое изображение, так и для выбора оптимальной обработки самого светового поля. Последнее непосредственно следует из того, что функционалы плотностей вероятностей (см. разд. 1.3) для пространственно когерентных и некогерентных полей имеют различный вид. Источником пространственно когерентного поля являются цели с зеркальной поверхностью, а пространственно некогерентное поле создается объектами с шероховатой поверхностью. Поэтому обсуждаемая задача эквивалентна фактически задаче выявления типа поверхности наблюдаемой цели. [c.98]

Дефектоскопическая информация во многих случаях представляет собой изображения различного типа. Например, при контроле усталостных трещин оператор сравнивает изображения эталонной и контролируемой поверхностей.. Аналогичные операции многократно выполняются при сравнении формы однотипных изделий, выявлении дефектов заданного типа на фоне структурных помех и т. д. Это вызывает утомление операторов и приводит -к ошибкам распознавания дефектов. Во всех этих случаях эффективно применение когерентно-оптических методов фильтрации основных частот изображения, позволяющих устранить ошибки операторов. Любое изображение можно представить его частотны.м спектром (спектром Фурье), представляющим собой совокупность синусоидальных решеток с различным периодом изменений яркости и различной ориентации на плоскости. Двумерное преобразование Фурье может быть -выполнено с помощью ЭВМ, однако оптические устройства выполняют эту операцию существенно проще и быстрее. Воздействуя на спектр изображения с помощью различных устройств (масок, диафрагм), можно осуществлять его обработку в реальном масштабе времени. [c.97]

Хотя существуют различные методы моделирования изображения ВР, общий подход состоит в следующем. Предполагается некоторая микроструктура объекта, выполняется расчет изображения, полученный результат сравнивается с экспериментальной картиной, изменяется начальная микроструктура объекта и так до тех пор. пока расчетное изображение точно не совпадет с экспериментальным. Сложность данной процедуры состоит в том, что изображение чувствительно к следующим факторам положению электронного пучка относительно объекта и оптической оси прибора толщине образца, величине дефокусировки объективных линз, хроматической аберрации, когерентности пучка и внутренней вибрации материала. Для проведения корректных вычислений необходимо обладать по возможности полной информацией как об образце, так и об используемом микроскопе, так как многие параметры используются в программах расчета. Количественная обработка изображений высокого разрешения дает возможность сохранять изображение в компьютере в [c.492]

Важность подхода с использованием этой модели состоит в ее чувствительности к процессу, при котором пространственные частоты структуры объекта (периодической и непериодической) выражаются дифрагированными волновыми фронтами и восстанавливаются для формирования изображения. Использование когерентного освещения позволяет воздействовать на дифракционную плоскость (плоскость пространственных частот) таким образом, что формирование изображения может управляться посредством фильтрации . Это один из аспектов оптической обработки, другие упомянуты в разд. 5.5. [c.85]

Рис. 5.18. Когерентная оптическая обработка. В оптическом корреляторе для распознавания образа используется согласованный пространственный фильтр (0-объект L-линза Т-преобразование Фурье I-изображение).

Перспективы, открывающиеся при использовании когерентно-оптических методов для преобразования, храпения и обработки информации хорошо известны [1—5]. Главные достоинства методов — возможность хранения информации с огромной плотностью (до 10 бит/мм ), недостижимой электронными методами, и возможность преобразования двумерных массивов информации в виде картин, изображений, таблиц, т- а. параллельно по большому числу каналов (10 —и более). Основанные на этом оценки Производительности оптических методов дают числа на несколько порядков более высокие, чем для электронных, причем здесь возможна обработка различных сложных сигналов с суб-световыми скоростями при идеальной развязке между соседними каналами. [c.9]

Основными операциями обработки изображений являются операции спектрального и корреляционного анализа и пространственной фильтрации. Реализация этих операций базируется на свойстве линзы осуществлять двумерное фурье преобразование над когерентным оптическим сигналом и возможности синтезировать комплексные фильтры голографическим методом. Поэтому следующий параграф посвящен анализу оптического фурье-преобразования, а вопросы собственно оптической обработки изображений будут рассмотрены в гл. 7. [c.204]

Метод пространственной фильтрации лежит в основе оптических методов обработки изображений. Он основан на явлении дифракции света и свойстве сферической линзы осуществлять двумерное фурье-преобразование над когерентными оптическими сигналами. Операции пространственной фильтрации изображений реализуются в различных оптических системах, однако, наибольшее применение нашла двухлинзовая схема (рис. 7.1.1). [c.225]

Во многих случаях использования когерентного света бывает необходимо рассмотреть сложение двух пучков света. Это имеет место главным образом в голографии, а также в интерферометрии, формировании изображений, оптической обработке информации и т. д. Пусть i1)i(a ) и 11)2(л ) — функции комплексных амплитуд двух рассматриваемых полей тогда результирующая (суммарная) функция комплексной амплитуды дается выражениями [c.42]

Системы с когерентной оптической обратной связью полезны не только для управления контрастом изображений, но также и для улучшения качества изображений и решения дифференциальных уравнений в частных производных [11,17] кроме кодирования и декодирования изображений, пространственные фильтры, синтезированные на ЭВМ, можно также применять для восстановления размытых изображений и их дифференцирования [21]. В этом разделе мы не пытались дать исчерпывающее изложение вопросов линейной обработки изображений, а лишь показали на примерах, [c.605]

Пример осуществления такой модуляции приведен на рис. 18, а и б. Когда модулированный объект освещается коллимированным когерентным светом в системе оптической обработки, свет дифрагирует в различные участки фурье-плоскости. В действительности свет от всех элементарных решеток в изображении у), ориентирован- [c.611]

Рис. 7. Схема обобщенной голографической системы, содержащей два интерферометра (или ящика ), первый из которых служит для получения изменяющейся по пространству временной задержки, а второй — для воссоединения всех лучей с общей нулевой временной задержкой для всей системы. Голограмма в плоскости X действует как спектральный фильтр. Очевидна аналогия с когерентной оптической обработкой изображений.

Еще один пример нелинейной обработки в плоскости изображений, который мы рассмотрим в этом разделе, — это реализация оптической цифровой логики. Отметим, что на начальном этапе исследований использование ФРК для подобных целей основывалось на известной ранее идее когерентного вычитания изображений [9.140]. Голограммы вычитаемых изображений последовательно записывались на одном и том же участке фоточувствительной среды при одновременном дополнительном фазовом сдвиге опорного пучка на 180° во время второй экспозиции. [c.261]

Достоинство голографических методов обработки информации состоит в том, что в голографии исходная информация обрабатывается сразу же целиком и практически одновременно по всей области. Столь необходимые в электронных системах операции, как сканирование или развертка изображения по строкам либо разнесение действительной и мнимой частей комплексной функции по отдельным каналам, полностью устраняются в когерентной оптической системе. [c.7]

Развитие голографии и когерентной оптики открыло большие возможности и в решении проблемы распознавания. Созданы оптические вычислительные машины, допускающие обработку изображений, распознавание образов и анализ полей. В основе методов лежат операции линейной пространственной фильтрации, спектральный и корреляционный анализ. [c.138]

Кирхгофа формула дифракции 48 Классификация roJ orpaMM 150 — 153 Когерентная обработка оптического изображения 83, 594-618 [c.731]

Дальнейшее совершенствование автоматизированных систем обработки изображения (АСОИЗ) связано с применением когерентно-оптической обработки (фильтрации) изображений до [c.625]

В [33] описано применение обычной схемы когерентно-оптической фильтрации для этой цели. В качестве р-фильтра использовался двумерный полутоновой амплитудный транспарант с линейно нарастающим от центра к периферии пропусканием, синтезированный аналоговым методом вращающейся маски. Исходное поперечное суммарное изображение фотографически уменьшалось и помещалось в специальную кювету с иммерсионной жидкостью. Несмотря на эти меры, качество восстановленной томограммы было недостаточным из-за наличия спекл-шума, характерного для когерентных систем оптической обработки информации. [c.182]

В [148] для сдвига проекций при выполнении операции обратного проецирования использовались дифракционные решетки, точнее, фурье-голограмма транспаранта, состоящего из набора точечных отверстий на непрозрачном фоне. Транспарант представляет собой световую копию распределения кодированного источника. На рис. 6.13 изображена схема оптико-электронного процессора, использованного в [148] для записи кодированного изображения я его обработки в телевизионном режиме. Комбинация из рентгеновского ЭОПа и пространственно-временного модулятора света с электронной адресацией типа Титус позволяет в реальном Бремени получать кодированное изображение объекта 2 и вводить его в когерентно-опгический процессор для обработки. Элемент И представлял собой описанную выше фурье-голограмму. Перемещая ее вдоль оптической оси, можно последовательно выделять изображения различных продольных сечений объекта. Так как обработка кодированного изображения не требует когерентного излучения, то для уменьшения оптического шума применяется вращающийся диффузор 7. В этой работе в качестве кодированного источника использовалась совокупность десяти точечных излучателей, расположенных в соответствии с неизбыточным точечным распределением. [c.192]

Формирование и преобразование с помощью таких модуляторов двумерных массивов информации, представляемой в цифровой (бинарной) или аналогово форме, лежит в основе создания оптических запоминающих и периферийных устройств, когерентных оптических процессоров и других ваиснейших узлов информационных и вычислительных систем. функционалы ая роль пространственных модуляторов света в них весьма многогранна отображение информации (дисплеи, в том числе проекционные), ввод-вывод, формирование и преобразование массивов оптических сигналов, реализация логических операций, регистрация пространственного распределения оптических сигналов, визуализация изображений, кодирование и опознавание, преобразование по амплитуде и фазе, частоте, по когерентности несущей, усиление яркости изобраи ений, персстрапвлемая фильтрация, обработка изображений и др. [c.9]

Очень часто изображения реальных сцен, фотоснимков и т. п., заданные в виде распределения интенсивности света (яркости свечения или освещенности), необходимо преобразовать в фазо-модулированный световой поток, т. е. в прострацственно-коге-рентный световой поток, в сечении которого фаза волны меняется в соответствии с законом распределения интенсивности исходпой картины. Особенно часто это необходимо в схемах голографической записи, в схемах оптической обработки информации с когерентными н частично когерентными источниками излучения. Связано это с возможностью повысить отношение сигнал-шум ца выходе в Этих схемах, улучшить цх практические характеристики [c.230]

При обработке электрических сигналов устройство ввода должно иметь электрический вход и оптический выход. Обычно в этом случае в качестве ПМС используют одноканальные или многоканальные акустооптиче-ские модуляторы света либо электроннолучевые трубки с термопластической мишенью типа Lumatron. Для обработки изображений устройство ввода должно иметь оптический вход и оптический выход и преобразовывать, таким образом, изображения, регистрируемые в некогерентном свете, в изображения, формируемые при когерентном освещении. Обычно такое преобразование сопровождается усилением яркости изображений и изменением спектрального состава излучения. [c.201]

Необходимы также плоскопараллельные пластины, плоские отражающие и полупрозрачные зеркала светоделительные кубики и управляемые светоделители разного рода призмы, в том числе поляризационные полуволновые и четвертьволновые фазовые пластинки, оптические амплитудные пространственные фильтры (маски) с различными законами изменения амплитудного пропускания фазовые пространственные фильтры с произвольными законами изменения фазы устройства мультипликации и вращения изображений иммерсионные устройства с большой апертурой и иммерсионные лентопротяжные устройства высококачественные расширители пучка с большой апертурой гибкие световоды, фоконы и другие оптические элементы и устройства. Необходимость работы в когерентном свете предъявляет к материалу оптических элементов и качеству их обработки повышенные требования. [c.223]

Крупицкий Э. И., Фрндман Г. X. Применение когерентной оптики и голографии в системах распознавания изображений. — В кн. Оптические методы обработки информации. Под ред. [c.298]

В связи с тем, что оптические сигналы, отображающие коррелирующие функции в плоскостях Pia И Pjb, не могут быть отрицательными, знакопеременные коррелирующие функции необходимо записывать с использованием некоторого постоянного уровня смещения. Этот уровень смещения удаляется затем с помощью режекторного фильтра постоянной составляющей, устанавливаемого в частотной плоскости Рз коррелятора. Хотя описываемый коррелятор долгое время использовался с применением записи входных данных на ютопленке в плоскости Pia и синхронизируемой лентопротяжки в плоскости Pjb, однако необходимость в механическом перемещении фотопленки ограничивает быстродействие и точность данного коррелятора. Поскольку этот коррелятор в основном является системой формирования изображения, требования к точности установки его элементов, а также требования к степени когерентности используемого излучения существенно ниже, чем в корреляторе с частотной плоскостью. Схема описанного коррелятора представляет большой интерес, поскольку в нем для управления с высокой точностью перемещением одного сигнала относительно другого можно применять акустооптические ячейки (что с успехом и применялось в плоскости Pi ). В следующем разделе мы обсудим этот и другие типы акустооптических корреляторов. Акустооптические корреляторы имеют такие преимущества, как быстродействие и широкая полоса пропускания, но их можно использовать лишь для обработки одномерных сигналов. [c.573]

Книга посвящена теории и практическому применению новых оптических методов, основанных на пягпистой струкчу-ре (спекл-структуре) изображений, получаемых в когерентном свете. Такие методы открывают новые возможности в отношении измерения смещений, деформаций, вибраций, определения формы и качества диффузных объектов, обработки изображений. [c.4]

Когерентная оптическая фильтрация зарекомендовала себя удобным средством обработки изображений, что объясняется ее высоким быстродействием, двумерностью, а также относительной универсальностью, поскольку могут быть реализованы почти любые линейные пространственно-инвариантные операции фильтрации над комплексными сигналами. Тем не менее, когерентные методы имеют и [c.173]

Оптические вычисления, под которыми подразумевают выполняемые оптическими методами операции с дискретными числовыми данными, являются новинкой в долгой истории развития оптической обработки сигналов. Утверждения о том, что оптические методы могут успешно конкурировать и теоретически превзойти по своим возможностям электронные методы обработки данных, впервые привлекли серьезное внимание в середине 1970-х гг. [I, 2], а в последнее время в этом направлении возник настоящий шквал публикаций. Сначала может показаться, что электромагнитные поля оптического диапазона непригодны для реализации цифровой логики, так как они распространяются линейным и непрерывным образом, в то время как поток электронов в цепи может быть просто преобразован в дискретные двоичные уровни. Одпако имеются три свойства оптики, которые делают ее привлекательной для цифровых вычислений. Первое — это широкая полоса частот оптических источников, которая может для полупроводниковых лазеров достигать гигагерц. Второе — это широкая полоса пространственных частот. Двумерная оптическая система может иметь крайне большое число элементов, разрешающих изображение, каждый из которых можно рассматривать как отдельный канал связи, а все они параллельно передают сигнал в одной и той же системе. В случае пекогерентного освещения все разрешающие ячейки оптической системы являются взаимно независимыми. При освещении когерентным светом каналы являются связанными между собой, что приводит к исключительно высокой степени организации межэлементных соединений. Третьей, относящейся к оптическим соединениям, характеристикой является отсутствие интерференции при распространении сигналов, что иногда описывают как возможность пересечения оптических проводов . Два оптических поля могут распространяться друг через друга, не оказывая взаимного влияния. Эти [c.182]

Возможен такой когерентно-оптический процессор для обработки модифицированных синограмм, в котором полност1 ю устранены механические движения его элементов. Действительно, пусть на вход процессора подаются одновременно все проекции, повернутые на тот угол, под которым они были получены, и смещенные относительно оптической оси на одинаковое расстояние. Тогда в задней фокальной плоскости сферической линзы спектры проекций будут иметь дополнительный линейный фазовый набег, вызванный смещением проекций в пространственной области. Скомпенсировать этот набег можно, например, с помощью плоско-вогнутой конической линзы (аксикона). Помещая в фокальную плоскость также двумерный р-фильтр с радиальной щелевой диафрагмой на выходе процессора, будем иметь сумму фильтрованных обратных проекций, одновременно распространяющихся вдоль оптической оси. Так как используется когерентное излучение, то различные фильтрованные проекции при регистрации на выходе процессора будут складываться друг с другом по амплитуде, т. е. с учетом знака проекций. В этом случае изображения сечения можно наблюдать непосредственно на некотором экране, поставленном в плоскость регистратора. [c.176]

Как известно, оптические устройства обработки изображений, использующие когерентный свет, обладают рядом недостатков чувствительностью к фазовым искажениям, механическим повреждениям, зернистости регистраторов, размеры обрабатываемых изображений малы и т. п. Поэтому кроме когерентно-оптических разрабатывались и развивались некогерентные оптико-электронные процессоры для восстановления томограмм по проекциям, записанным в виде синограмм. Почти все эти процессоры реализуют алгоритм суммирования фильтрованных обратных проекций (см. 1.2.3), который можно записать в виде [c.178]

Оптическая голография Том1,2 (1982) -- [ c.83 , c.594 , c.595 , c.596 , c.597 , c.598 , c.599 , c.600 , c.601 , c.602 , c.603 , c.604 , c.605 , c.606 , c.607 , c.608 , c.609 , c.610 , c.611 , c.612 , c.613 , c.614 , c.615 , c.616 , c.617 ]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...