Голографические пространственные фильтры

Голографические пространственные фильтры [c.49]

Цели обработки могут быть разными распознавание образов, улучшение качества изображений, извлечение информации,. эффективное кодирование или машинная графика. Попытаемся показать, каким образом голографические пространственные фильтры позволяют достичь различных целей при обработке изображений. [c.50]

Улучшение качества оптических изображений. Голо-графический метод исправления изображений путем исключения аппаратной функции также основан на принципе обратимости опорной и объектной волн. Для изготовления голографического пространственного фильтра в плоскость / (см. рис. 16) помещают транспарант изображения объекта, которое построено оптической системой (ее аппаратную функцию). Голограмму по-прежнему регистрируют в частотной плоскости 2 и после проявления помещают на прежнее место. Затем в плоскости / устанавливают транспарант, подлежащий исправлению, а пучок, служивший опорным при записи голографического фильтра, перекрывают. Вследствие фильтрации в плоскости 3 образуется исправленное изображение транспаранта. [c.53]

Голографический пространственный фильтр преобразует каждый из таких кружков в точку опознавания. [c.53]

С помощью описанных голографических пространственных фильтров решено большое количество технических задач по улучшению качества изображения повышению контраста, устранению дефокусировки. Одним из наиболее. эффективных применений метода явилось улучшение изображений в электронном микроскопе. Улучшенные изображения имели высокий контраст и разрешение, близкое к предельному. [c.53]

Голографические компенсаторы, также как голографические пространственные фильтры, применяют для [c.53]

ГОЛОГРАФИЧЕСКИЕ ПРОСТРАНСТВЕННЫЕ ФИЛЬТРЫ [c.232]

Использование голографии для синтеза комплексных ПФ с произвольными амплитудно-фазовыми модуляционными характеристиками в значительной степени устранило имевшиеся трудности, поскольку для изготовления ПФ с комплексной модуляционной характеристикой использовался фотоматериал. Представляется целесообразным такие фильтры называть голографическими пространственными фильтрами (ГПФ). [c.232]

Рис. 7.2.1. Схема получения голографических пространственных фильтров

Примером нахождения сигнала в шуме может служить задача обнаружения определенных слова или буквы на странице с текстом. При этом вновь воспользуемся оптической схемой, изображенной на рис. 120. Сначала изготовим голографический пространственный фильтр искомой буквы таких размеров и очертаний, как и в тексте. [c.183]

Книга посвящена основам теории цифрового представления волновых полей, их преобразованиям, алгоритмам вычисления этих преобра,зований, синтезу и записи голограмм, пространственным фильтрам для оптических систем обработки данных, визуализации информации, методам цифрового восстановления голограмм и интерферограмм, цифровому моделированию голографических процессов. Показано применение методов в оптике, акустике, измерительной технике, при неразрушающем контроле. [c.2]

Из-за известных трудностей согласованные пространственные фильтры на сложные сигналы можно синтезировать в настоящее время только голографическим методом. Будем называть такие фильтры голографическими согласованными фильтрами (ГСФ). Методика получения ГСФ ничем не отличается от рассмотренной в 7.2. [c.242]

До изобретения голографического согласованного фильтра самой распространенной системой для оптического распознавания образов был коррелятор с плоскостью изображения, схема которого приведена на рис. 7, а. В этом корреляторе обе функции, взаимную корреляцию которых требуется определить, задаются в пространственной области и в виде транспарантов помещаются в плоскостях Р,з и Рц,. Линзы Li и Lj отображают плоскость Р а на плоскость Р]1,. Распределение комплексных амплитуд света непосредственно за плоскостью Pij, дается выражением [c.571]

До сих пор была описана чисто оптическая фильтрация без использования голографических методов. При этом в частотной плоскости можно с помощью амплитудного фильтра подавить некоторые частоты либо изменить фазы некоторых частот с помощью фазового фильтра. Голография дает возможность преобразовывать фазу световой волны с помощью амплитудного транспаранта. Следовательно, голографическая пространственная фильтрация осуществляется с использованием амплитудных фильтров, которые изготавливаются голографическими методами. [c.181]

Рис. 120. Схема установки для голографической пространственной фильтрации а— запись фильтра б— фильтрация

Если известны причины, приведшие к потере информации на снимке, то в ряде случаев, используя голографический метод, можно построить пространственный фильтр, который бы устранил эти недостатки. При этом предполагается, что процесс порчи изображения является линейным и, следовательно, изображение описывается интегралом свертки [c.184]

Здесь символ означает операцию свертки, а —операцию корреляции, согласно выражениям (22) и (52) гл. 7 соответственно. По обе стороны от оптической оси видны два изображения. Одно из них является сверткой, а другое — корреляцией функции фильтруемого изображения f x,y) с функцией фильтра h x,y). Эти изображения отделены от компоненты смещения, если 6 и с выбраны достаточно большими. Свертка располагается у точки х = —Ь, у = —с, а корреляция —у точки х = Ь, у = с. Такое пространственное разделение отфильтрованных изображений и компоненты смещения получается благодаря введению в процессе голографического получения фильтра (рис. 16) сдвига опорного пучка R на величину х = Ь, у = с относительно сигнала фильтра Л(х, г/). [c.106]

Голографический метод синтезирования пространственных фильтров и проблема апостериорной обработки информации [c.171]

Рассмотренный голографический метод пол ения пространственных фильтров снимает проблему синтеза оптических масок в пространстве частот. Трудности же синтеза оптических масок в пространстве координат менее серьезны, поскольку требуемые переходные функции (импульсные отклики), как правило, имеют простую форму и необходимые маски с пропусканием к( ,Т]) несложно изготовить с помощью простых фотографических средств. [c.172]

Синтезирование пространственных фильтров голографическими методами позволяет успешно решать важную в практическом отношении [c.172]

Большую перспективу для машиностроения представляет голографический способ контроля отклонений размеров деталей сложной конфигурации от заданной формы [41]. Сущность метода заключается в том, что по результатам расчетов на голограмме воспроизводится система контрольных точек, лежащих на поверхности нулевого допуска контролируемой детали. Если проверяемая поверхность находится в допуске, то при освещении голограммы все точки видны. Если какая-то часть поверхности выходит из допуска, то соответствующие реперные точки исчезают из поля зрения контролера. Такие голограммы представляют собой не что иное, как комплексно сопряженные пространственные фильтры. Проведенные исследования показали, что данным методом можно контролировать форму деталей с точностью порядка 0,01 мм. [c.28]

Голографические датчики с корреляционной обработкой измерительной информации. В работе таких датчиков использованы принципы цифрового многомерного кодирования измерительной информации и оптической корреляции, заключающиеся в согласовании голографического фильтра с распознаваемым оптическим сигналом по спектру пространственных частот. В случае обработки измерительной информации, поступающей от объектов, не рассеивающих свет, оптическое кодирование дополняется шумовым кодированием информационного сигнала. [c.93]

При измерении объектов, не рассеивающих свет, отраженный от контролируемого объекта оптический сигнал имеет узкий спектр пространственных частот и утрачивает характерные для сигнала шума особенности. Если для приема такого оптического сигнала применить специальный голографический фильтр, то отклик на выходе фильтра будет иметь размеры, близкие к размеру светового пятна на поверхности контролируемого объекта, что приводит к уменьшению точности обработки измерительной информации. Устранить указанный недостаток позволяет введение шумового кодирования оптического сигнала, отраженного от контролируемого объекта, с помощью голограммы матового экрана (диффузора). [c.94]

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]

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]

Голограмма Фурье является оптимальным пространственным фильтром. Такой фильтр обладает свойством распознавать тот транспарант, с которого фильтр был изготовлен, создавая в плоскости изображения яркие точки — оптические сигналы опознавания. Для этого транспарант помещают в фокальную плоскость линзы Л слева (плоскость /, см. рис. 16), а по дру1 ую сторону линзы, также в фокальной плоскости (частотная плоскость 2) устанавливают голографический пространственный фильтр какой-либо его части. Если теперь транспарант осветить когерентным светом, то в середине фокальной плоскости. ( линзы Л2 (за счет нулевого порядка) можно по-прежнему. 52 [c.52]

Голографические пространственные фильтры используют в голографических устройствах распознавания образов и в устройствах оптической обработки информации. Этот метод опознавания тем надежнее, чем сложнее объект, который надо распознават . [c.53]

Одной из наиболее перспективных областей применения синтезированных голограмм является пространственная фильтрация. ЭВМ позволяет оптимизировать процесс голографических пространственных фильтров, а иногда и существенно улучщить результаты, получаемые с их помощью. [c.71]

Рис. 6 6. Схема когерентно-оптического процессора для восстановления томограмм по синограммам синограмма 2 — комбинация нз цилиндрической н сферической линзы 3 —голографический пространственный фильтр 4 — сферическая линза 5 — шаль

Голографический способ получения согласованного пространственного фильтра позволяет сохранить фазовую информацию об объекте, с которым он со1ласован (по которому он изготовлен), и резко снизить уровень паразитных световых сигналов. Схема получения голографического согласованного фильтра пространственных частот представлена на рис. 16. В частотной плоскости 2 по-прежнему образуется Фурье-образ транспаранта, помещенного в плоскость /, но в результате интерференции с когерентным фоном, создаваемым с помощью оптического клина К, в частотной плоскости 2 образуется голограмма, которая, как уже отмечалось, называется голограммой Фурье. [c.52]

ЦЭВМ используется как при изготовлении фильтров по прямому оптическому методу, так и при голографическом методе регистрации. В первом случае на машине синтезируют световые распределения, необходимые для изготовления амплитудных и фазовых масок, получаемых после отбеливания. (Синтез амплитудных масок на ЦЭВМ обеспечивает возможность изготовления весьма сложных пространственных фильтров с высокой точностью и идентичностью характеристик. В ряде случаев машинный синтез является единственным способом создания сложных оптических пространственных фильт- [c.230]

Рассмотрим теперь способы реализации корректирующих инверсных фильтров с модуляционными характеристиками вида (7.4.4). Строук [148—150] предложил синтезировать пространственный фильтр с требуемой модуляционной характеристикой голографическими методами в виде сэндвича , составленного из двух фотографических транспарантов, на первом из которых в виде голограммы записана функция, комплексно-сопряженная передаточной характеристике корректируемой изображающей системы [c.246]

В случае когда голограмма Фурье применяется в качестве пространственного фильтра (в таких применениях, как корреляционный анализ или винеровская фильтрация), обычно необходимо использовать одну из таких схем записи, в которых фурье-образ объекта совмещается с плоскостью записи голограммы. Хотя теоретически голограмма Фурье — Фраунгофера представляет собой наилучший выбор для этой цели, поскольку она позволяет свести к минимуму голографические аберрации, требования к величине аберраций используемого объектива столь жесткие, что, если требуется высокая разрешающая способность, стоимость объектива может оказаться ограничивающим фактором для некоторых применений. [c.194]

На рис. 1 приведена типичная схема установки, используемая для голографического определения размеров частиц. Освещение лучше всего осуществлять импульсным рубиновым лазером этот лазер эбеснечивает время экспозиции 10 с, которое требуется при paspeujennii в несколько микрометров и при средней скорости частиц 100 см/с. Естественно, что более высокие скорости требуют еще меньших экспозиций. Луч света рубинового лазера с модулированной добротностью проходит через пространственный фильтр, коллимируется (следует отметить, что коллимироваиие не является обязательным) и освещает исследуемый объем. Реальный объем, который может быть исследован, зависит от требуемого разрешения, но обычно он равен нескольким кубическим сантиметрам при размерах частиц от 2 мкм и более. Прежде чем записать голограмму, бывает выгодно ввести некоторое увеличение голограммы, чтобы облегчить требование к разрешающей способности регистрирующего материала. Исследуемый объем записывается целиком (на рис. 1 указаны типичные плоскости записи). Детали оптического оборудования таких систем зависят от специфики применения и природы исследуемого явления. [c.669]

Пример оптической корреляционной фильтрации показан на зис. 13, а схема используемого устройства — на рис. 14 и 15. Тространственная фильтрация в оптике впервые была описана в работах [1, 2]. Позднее стало очевидно, что главную проб лему пространственной фильтрации, которая сводится к изготовлению комплексного фильтра, можно решить путем голографической регистрации фильтра, т. е. на основе принципов голографии, впервые описанных Габором [6] в 1948 г. (метод восстановления волнового фронта). [c.100]

Голографически регистрируемый фильтр, т. е. голограмму передаточной функции фильтра h x,y), можно интерпретировать как голограмму, реги( рируемую на пространственной несущей в виде синусоидально ) дифракционной решетки. Действительно, легко убедиться в том )то голограмма, которая получается при интерференции плоской волны P u, v ) с плоской волной, параллельной плоскости пленки [см. рис. 16, а также выражения [c.106]

Развитие цифровой голографии, машинных методов синтеза пространственных фильтров - два новых наувдых направления, способствующих решению проблемы распознавания, поскольку благодаря им открылись возможности создания гибридных систем, имеющих в своем составе цифровой, электронный и оптический процессоры. В сочетании с голографическими устройствами эти два направления приближают ученых и инженеров к построению высокоинтеллектуальных машинных систем с высокой производительностью и практически неограниченной памятью. [c.138]

Эффективность пространствснной фильтрации во многом определяется качеством используемых фильтров с заданной переходной функцией. Для синтезирования пространственных фильтров успешно используются голографические методы. На рис. 3.6.2 изображена голографическая схема получения пространственных фильтров, известная как схема Ван дер Люгта. Она включает следующие элементы пластину 2, на которой записан оптический сигнал Н( ,Г1), описывающий переходную функцию системы собирающую линзу 3 с фокусным расстоянием Г, производящую Фурье-преобразование сигнала голограмму 4 с [c.171]

Н). С помощью голографических методов можно синтезировать пространственный фильтр с модуляционной характеристикой //. Совмещая его с фильтром, синтезированным обычным фотоспособом, получим составной фильтр с модуляционной характеристикой [c.173]

Для того чтобы с помощью синтезированных фильтров можно было обрабатывать изображения большой площади, они должны записываться с достаточно большой пространственной частотой. Для увеличения пространственной частоты фильтра в [192] был предложен метод голографического копирования. На рис. 7.15 приведена схема копирования фильтра для увеличения его пространственной несущей. Изображение, восстановленное с помощью линзы с синтезированного на ЦВМ фильтра — голограммы Г, освещенной плоской волной когерентного света, используется в качестве нового изображения для получения нового фильтра по классической схеме Ван дер Люгта [214]. При этом для формирования нового фильтра используется только изображение, восстановленное в +1 порядке дифракции, остальные дифракционныр порядки экранируются посредством диафрагмы Д. В качестве опорного источника можно использовать либо плоскую монохроматическую волну S, как показано на рис. 7.15, либо точечный источник со сферическим волновым фронтом, расположенный в одно11 плоскости с изображением, восстановленным с синтезированно11 голограммы-фильтра. При этом расстояние между источником и + 1 дифракционным порядком должно быть не меньше размера входного транспаранта в установке фильтрации. Это условие обеспечивает получение нового фильтра с большей пространственной частотой. Для случая плоской опорной волны, падающей в плоскость фильтра Ф, пространственная частота на фильтре зависит от угла падения Т опорной волны на фильтр. Чем больше угол, тем выше пространственная частота. Этот метод повышения пространственной несущей нашел применение для синтеза фильтров в различных задачах фильтрации [63, 112]. [c.154]

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]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...