Изображений пространственная фильтрация

Содержание книги достаточно полно отражено оглавлением. Несколько больше внимания, чем обычно, уделено статистическим свойствам света и спектральному представлению. Дифракция изложена в рамках интеграла Кирхгофа. На материале геометрической оптики и интерференции в тонких пленках показана эффективность матричных методов. Дифракционная теория формирования изображений, пространственная фильтрация изображений, голография и другие аналогичные вопросы представлены единообразно в рамках Фурье-оптики. Анализ частичной когерентности и частичной поляризации проводится в рамках первой корреляционной функции. [c.9]

В случае применения КОП анализируется спектр-Фурье исследуемых структур, получаемый с помощью оптических процессоров, описанных выше. Перспективно применение гибридных методов контроля, при которых предварительная обработка изображений (выделение объектов с заданными признаками, проведение операций типа свертки, пространственной фильтрации и т п.) производится быстродействующими КОП, а процедуры последующей классификации структур осуществляются ЭВМ (подсчет коэффициента формы, вычисление числа одинаковых элементов в поле зрения, корреляционный анализ, вычисление статистических характеристик и т. д.). [c.114]

Одним из вариантов пространственной фильтрации изображения в дифракционной плоскости и примере (рис. 5.10), приведенном в начале этого раздела, является амплитудная фильтрация (в частности, заграждающий фильтр, именуемый так оттого, что он либо полностью пропускает, либо блокирует любую данную частоту). [c.109]

Оптическая обработка данных методами пространственной фильтрации встречается при решении задачи распознавания данных [166] согласованной фильтрации [166, 178] коррекции искажений изображений [135,201—207], в частности получения сверх- [c.141]

Для коррекции искаженного изображения путем пространственной фильтрации необходимо построить пространственный фильтр с такой частотной характеристикой Т (g, т]), чтобы скорректированный сигнал со спектром Г (I, т]) 5 (I, Г)) удовлетворял заданному критерию точности восстановления. [c.144]

В принципе коррекцию искажений системы целесообразно выполнять обработкой самой голограммы до ее восстановления. Примеры такой коррекции маскирования и подавления шумов описаны в предыдущем параграфе. Однако в тех случаях, когда, как, например, при подавлении шумов, для коррекции необходима априорная информация о свойствах неискаженных сигналов и изображений, приходится прибегать к обработке восстановленного изображения, так как часто эту априорную информацию легче задать по отношению к самим объектам, а не к их голограммам. Кроме того, следует учитывать, что обработка восстановленного изображения иногда может оказаться в вычислительном отношении более простой, чем эквивалентная обработка голограммы. Так, например, коррекция маскирования путем обработки восстановленного изображения по (8.9) при заданной маскирующей функции может быть выполнена намного быстрее, чем пространственная фильтрация голограммы даже при использовании рекурсивных и разделимых цифровых фильтров. [c.172]

Растровое преобразование состоит в умножении исходного изображения на периодическую функцию (растр) и в регистрации результата перемножения на фоточувствительном материале с пороговой характеристической кривой. Результатом такой обработки является бинарная периодическая картина (растровое клише) с модулированной шириной темных и светлых частей периода. Путем формирования нужного профиля функции пропускания штрихов растра и при последующей пространственной фильтрации изображения растрового клише можно получить требуемую функцию точечной нелинейности, т, е. зависимость выходной интенсивности от входной. [c.282]

Данный метод компенсации фазовых шумов может быть полезен для схем пространственной фильтрации и корреляционной обработки изображений, а также в интерферометрии и адаптивной Оптике. [c.286]

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]

Доказательство возможности выполнения линзой двумерного фурье-преобразования над когерентным оптическим сигналом приведено в ряде работ [7, 8, 17, 134]. Авторы обычно ограничиваются параксиальным приближением и не учитывают ошибок фурье-преобразования. Между тем, оптическое фурье-преобразование, выполняемое идеальной линзой, сопровождается появлением систематических амплитудных, частотных и фазовых погрешностей. Эти ошибки играют существенную роль при выполнении над изображениями операций пространственной фильтрации, корреляционного и спектрального анализа. [c.204]

Оценим влияние фазового сомножителя (6.3.26) на работу классической двухлинзовой схемы пространственной фильтрации изображений (рис. 6.3.6). Формирование изображения в такой схеме описывается двойным преобразованием Фурье над входным оптическим сигналом. [c.218]

ПРИНЦИПЫ пространственной фильтрации ИЗОБРАЖЕНИИ [c.225]

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]

Рис. 7.1.1. Схема пространственной фильтрации изображений. 15—320

В этом случае можно рассматривать оптическую систему пространственной фильтрации как черный ящик и описывать процесс обработки изображения известным интегралом свертки [c.227]

В заключение следует отметить, что существует глубокая аналогия между фильтрацией пространственных частот с помощью оптических систем и фильтрацией временных частот в электронных фильтрах. Эта аналогия позволяет использовать для анализа схем пространственной фильтрации хорошо разработанный аппарат теории линейных систем. При определенных допущениях когерентную оптическую систему пространственной фильтрации изображений можно рассматривать как пространственно-инвариантную систему, линейную к амплитуде света. В дальнейшем при анализе различных схем пространственной фильтрации изображений полагаем, что они удовлетворяют требованиям линейности и пространственной инвариантности, а образующие эти схемы оптические элементы не имеют аберраций и скомпонованы таким образом, что можно пренебречь ошибками оптического фурье-преобразования и считать, что линзы выполняют точное фурье-преобразование над оптическими сигналами. Сделанные допущения дают основание [c.231]

Допустим теперь, что на входе схемы согласованной пространственной фильтрации помещен транспарант с записью изображения в виде аддитивной смеси сигнала и помехи, т. е. g(x, y)=s(x, у)+п х, у), причем помехой п х, у) является однородный стационарный шум (белый шум). Поскольку сигнал и шум аддитивны, а схема согласованной пространственной фильтрации является линейной системой, то можно рассматривать прохождение сигнала и шума раздельно. [c.240]

Оптическая схема согласованной пространственной фильтрации, использующая ГСФ, приведена на рис. 7.3.2. Она ничем не отличается от обычной схемы пространственной фильтрации. Рассмотрим ее работу. Поместим во входной плоскости Pi транспарант с аддитивной смесью сигнала и шума. Под сигналом понимают интересующий нас фрагмент изображения (например, слово на странице текста), а под шумом — окружающий его фон (другие слова). [c.242]

Рассмотрим принципы обработки изображений оптическими методами с целью улучшения их качества. Будем полагать, что обрабатываемое изображение предварительно зарегистрировано на некотором носителе, т. е. оптическая обработка изображений носит апостериорный характер. Это не означает, конечно, что рассматриваемые алгоритмы обработки нельзя реализовать в реальном времени (при наличии соответствующей элементной базы), однако анализ обработки фотоизображений удобен в методическом отношении и, кроме того, значительное число практических применений метода пространственной фильтрации связано с необходимостью обработки именно фотоизображений, получаемых при некогерентном освещении. [c.244]

Таким образом, задача улучшения качества изображений методом пространственной фильтрации сводится к синтезу корректирующего инверсного ПФ вида (7.4.4). Трудность состоит в том, что в общем случае модуля- [c.245]

Так как корректируемая изображающая система линейна к интенсивности света, а система пространственной фильтрации, осуществляющая апостериорную обработку зарегистрированного изображения, линейна к амплитуде света, то необходимо осуществлять линейную фоторегистрацию обрабатываемого изображения как по интенсивности (y=2), так и по амплитуде (7=1/2) для обеспечения правильного соотношения интенсивностей в обработанном изображении по отношению к исходному. При регистрации распределения интенсивности i x, у) с у—2 амплитудная прозрачность негатива [c.246]

Одним из видов апостериорной обработки фотоизображений является ослабление влияния помех и шумов методом пространственной фильтрации. Допустим, что обрабатываемое изображение представляет собой аддитивную смесь сигнала s(x, у) и помехи п х, у), т. е. х, y)=s x, у)+п х, у). Будем полагать, что и сигнал, и помеха описываются детерминированными двумерными функциями, имеющими фурье-преобразование. Тогда [c.251]

Специфической особенностью и достоинством пространственной фильтрации является легкость и естественность процесса пространственного разделения спектров сигнала и помехи для значительного числа сочетаний сигнала и помехи,- В качестве примера можно рассмотреть выделение периодического сигнала в виде прямоугольной решетки из аддитивной смеси его с помехой в виде шума с помощью пространственного аналога гребенчатого фильтра, представляющего собой непрозрачный экран, в котором имеются точечные отверстия в местах локализации составляющих спектра сигнала. Хотя в данном случае спектры сигнала и шума перекрываются, однако, благодаря тому, что площадь, занимаемая спектром сигнала, значительно меньше площади, занятой спектром шума, имеет место существенный выигрыш в отношении сигнал/шум в выходном изображении. Аналогичное явление наблюдается при выделении из аддитивного шума одиночного сигнала. [c.253]

К сожалению, оптические системы согласованной пространственной фильтрации, реализуемые на основе голографических фильтров, оказались очень чувствительными к изменению ориентации и масштаба распознаваемого образа [168—170]. Тем не менее создано 4 действующих макета, подтвердивших возможность решения задачи опознавания фрагмента изображения оптическим методом, если фрагмент не изменяет свою ориентацию и размеры. Это макеты для идентификации отпечатков пальцев [171], определения местоположения спутника по наземным ориентирам [172], перевода с японского языка на английский [173] и определения розы. ветров по фотоснимкам со стационарного спутника Земли [174, 154]. [c.264]

В экспериментах по передаче голограмм для согласования параметров голограмм с параметрами передающей системы широко используется схема голографирования, построенная по принципу интерферометра Маха — Цендера, которая позволяет получить голограммы с весьма низкими пространственными частотами для достаточно широкого класса объектов, вплоть до объемных. Однако действительное и мнимое изображения, восстановленные с этих голограмм, оказываются частично или полностью перекрыты друг другом и с восстанавливающим пучком. Чтобы разделить эти изображения, требуются схемы восстановления с пространственной фильтрацией [195]. [c.274]

Применение ЭВМ существенно расширяет круг задач обработки полй сигналов (пространственная фильтрация, накопление, образование разностей изображений и т. п.). [c.263]

Оптическая корреляция в частотной плоскости. Классическая архитектура оптического коррелятора представляет собой оптическую систему с корреляцией в частотной плоскости. Топология такой сисгемь совпадает со схемой пространственной фильтрации (см. рис. 5,2), где в плоскости Рг сформпровапа функция пропускания Н (и, и), а не Н(и, о). Знак обозначает комплексное сопряжение. В этом случае выходная плоскость Р содержит преобразование Фурье от Произведения фурье-образов GH входного изображения и импульсного отклика фильтра. Это и есть функция корреляции дфН двух оптических сигналов. [c.267]

Простейшая операция, реализуемая с помощью данного прибора— это селекции уровней интенсивности в изображениях. Она выполняется в схеме пространственной фильтрации с ПВМС типа управляемой светом дифракционной решетки на входе и с щелевой диафрагмой в частотной плоскости. Положение щелевой диафрагмы определяет значение выделяемой интенсивности, а ширина диафрагм задает селективность схемы. [c.283]

Аналоговое оптическое вычислительное устройство выполняет требуемую математическую операцию над сформированным когерентным оптическим сигналом. Обычно оно содержит одну или несколько оптически связанных между собой линз (объективов) и оптические фильтры в виде амплитудных или фазовых масок либо голограмм, установленных в определенных плоскостях оптической системы. С помощью масок и голограмм требуемым образом осуществляют пространственную модуляцию обрабатываемого когерентного оптического сигнала или его спектра. Методы когерентной оптики и голографии позволяют относительно просто выполнять целый ряд математических операций и интегральных преобразований над двумерными комплекснозначными функциями (изображениями). Это прежде всего операции двумерного преобразования Фурье, взаимной корреляции и свертки, а также операции умножения и деления, сложения и вычитания, интегрирования и дифференцирования, преобразования Гильберта, Френеля и др. Легко реализуются также различные алгоритмы пространственной фильтрации изображений, в том числе согласованной, инверсной и оптимальной по среднеквадратичному критерию и критерию максимума отношения сигйал/шум. Следует отметить, что часто одну и ту же операцию можно реализовать с помощью разных оптических схем и различными способами. Запоминающее устройство (оптическое или голографическое) служит Для хранения набора эталонных масок или голограмм, [c.201]

Олег — оптический квантовый генератор РЯ — расширитель пучка ЭЛПВМС— электронно-лучевой пространственный временной модулятор света ТПМ — термопластическая мишень ОСПФИ — оптическая система пространственной фильтрации изображений ЛГ С—передающая телевизионная камера BV— видеоусилитель ВС — видеосигнал БП — блок пнтання ЭЛПВМС ГР — генератор развертки ОС — отклоняющая система ССИ — строчные синхроимпульсы КСИ — кадровые синхроимпульсы. [c.202]

Сущность пространственной фильтрации состоит в формировании пространственно-частотного спектра обрабатываемого изображения, пространственной модуляции этого спектра по закону, который определяется характером выполняемой над изображением операции, и преобразовании видеоизменного пространственного спектра в выходное изображение. Спектр формируется с помощью преобразующей линзы Л . Пространственная модуляция спектра выполняется с помощью пространственного фильтра (маски), помещенного в частотной плоскости схемы. Восстанавливающая линза Л в преобразует промодулированный спектр в изображение. [c.226]

Оптические системы согласованной пространственной фильтрации могут найти применение для решения задач обнаружения полностью известных двумерных сигналов (изображений) на сложном шумоподобном фоне, для идентификации изображений в оптических системах распознавания образов, а также для корреляционного анализа изображений. [c.239]

Результат согласованной пространственной фильтрации, отображенной в пространстве корреляций выходной плоскости Рз, представляет корреляционное поле, содержащее корреляционные функции сигнала и взаимнокорреляционные функции сигнала и шума. В силу пространственной инвариантности схемы фильтрации (в определенных пределах) корреляционные функции локализуются вокруг точек, оптически сопряженных с координатами центра тяжести сигнала и шума во входной плоскости. При отсутствии или достаточно слабой корреляционной связи сигнала с шумом сигнал корреляции на выходе существенно превышает уровень фона, образованного взаимной корреляцией сигнала и шума. На рис. 7.3.3 приведены результат согласованной пространственной фильтрации изображения китайского иерогли- [c.243]

Из всего многообразия задач по обработке изображений, решаемых методом пространственной фильтрации, в настоящем параграфе кратко рассмотрены лишь те, цель которых улучшить качество изображений. Это задачи повышения общего контраста малоконтрастных изображений, устранения расфокусировки исмаза, уменьшения влияния помех и шумов. Основополагающие работы по улучшению качества изображений методом пространственной фильтрации выполнены А. Марешалем и П. Кросом [142], Е. О Нейлом [143], Дж. Тауджиучи [144, 145], Строуком [146, 147] и др. Проведенные к настоящему времени исследования полностью подтвердили эффективность и перспективность этого метода. [c.244]

До сих пор при рассмотрении задачи восстановления истинного распределения интенсивности на объекте не учитывалось влияние шума. Между тем именно шум является основным ограничивающим фактором при повышении разрешающей способности оптических систем выше дифракционного предела путем апостериорной обработки формируемых ими изображений. В действительности регистрируемое изображение не является чистой сверткой распределения интенсивности на объекте с импульсной характеристикой оптической системы, а представляет собой аддитивную смесь этой свертки с шумом. Если уровень шума значителен, то использование инверсного пространственного фильтра не обеспечит получения желаемого результата из-за искажения шумом изображения на выходе схемы пространственной фильтрации. Дело в том, что корректируемые передаточные характеристики в большинстве случаев являются осциллирующими знакопеременными функциями, принимающими нулевое значение. Так, например, передаточная характеристика дефокусированной оптической системы имеет вид [c.248]

В данном параграфе кратко рассмотрены некоторые наиболее интересные применения оптических методов обработки изображений. Эти применения связаны главным образом с необходимостью выполнения над изображениями операций спектрального анализа, пространственной фильтрации и корреляционного анализа. Более полные сведения о состоянии и применении оптических методов обработки информации даиы в обстоятельных обзорах А. Вандер Люгта [153, 154] и Дж. Строука [155]. [c.261]

Относительная простота синтеза схем пространственной фильтрации с требуемым видом передаточной характеристики открывает большие возможности по оптической обработке изображений как с целью улучшения их качества, так и с целью извлечения максимума полезной информации. Можно указать на следующие задачи, которые сравнительно просто и эффективно решаются методом простраиствеиной фильтрации изображений повышение общего контраста малоконтрастных изображений устранение дефокусировки и смаза дифференцирование изображений ослабление влииния аддитивных помех и шумов контроль качества фотошаблонов интегральных схем и самих интегральных схем коррекция апертурных [c.262]

Из-за высоких требований к оптике обрабатывается яе все изображение фотошаблона, а только его фрагменты, содержащие несколько десятков масок. Для контроля всего фотошаблона производят сканирование. Результат пространственной фильтрация отображается иа экране вядеоконтрольного устройства проглышленной телевизионной установки. Проведенные эксперименты дали положительный результат. Использование пространственной фильтрации позволят существенно повысить проязводите у>ность и надежность контроля фотошаблонов, а в будущем открывает перспективу его автоматизации. Однако дли промышленного использовании этого метода необходимо преодолеть еще много трудностей. [c.263]

Согласованная пространственная фильтрация (ОПФ), реализуемая на основе ГСФ, находит широкое применение как при решении задач, связанных с распознаванием образов, так и в задачах измерении и контроля. Как в первом, так и во втором случаих схема пространственной фильтрации выступает в роли двумерного корре-литора, осуществляющего параллельный коррелиционный анализ входного изображения путем сравнения его с эталонным изображением, записанным на фильтре-голограмме. [c.263]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...