Формирование и обработка оптического изображения

Глава 5 Формирование и обработка оптического изображения [c.84]

Однако цель данной главы состоит в рассмотрении лишь существа преобразования Фурье, свертки и корреляции, о которых мы уже говорили в оптическом контексте в предьщущих главах. Эти операции образуют основной инструментарий в области формирования и обработки оптического изображения. Для более детальной информации по конкретным вопросам и многочисленным приложениям в областях связи следует обратиться к соответствующей специальной литературе. [c.84]

Схемы ТВА включают устройства формирования оптических изображений объекта, телевизионную систему и устройство обработки видеосигнала, выполняемого на базе встроенных в структуроскоп микропроцессора или с помощью внешней ЭВМ. В состав математического обеспечения обычно входят программы, обеспечивающие автоматический поиск объектов, контурное слежение и построчное сканирование в пределах заданного контура, [c.114]

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]

Перед детальным рассмотрением указанных вопросов было бы полезно сделать предварительный обзор разд. 5.2, 5.3, посвященных собственно формированию оптического изображения. Оптическая обработка в противоположность построению изображения связана с вмешательством в процесс разными способами и для разных целей и является предметом разд. 5.5. [c.84]

Изящные примеры использования оптических преобразований были обнаружены в рентгеновской кристаллографии, где, как отмечено в гл. 2, формирование изображений атомов не может быть выполнено непосредственно, потому что отсутствуют линзы, которые могут быть использованы для сведения дифрагированных рентгеновских лучей. Отметим, что если зарегистрированы только интенсивности, то фурье-сум-мирование не может быть выполнено ни аналитически, ни экспериментально из-за отсутствия данных о фазах. В годы формирования указанного направления исследований У. Л. Брэгг сыграл ключевую роль в разработке методов оптического фурье-анализа для рассмотрения и решения этой и других проблем рентгеновской кристаллографии. Несмотря на то что развитие ЭВМ привело к машинным методам решения фазовой проблемы , работа Брэгга явилась важным вкладом в широкую область оптической обработки. В качестве основной литературы по развитию и применениям оптических методов к дифракции рентгеновских лучей, читатель может обратиться к работам, упомянутым в начале этого раздела. [c.99]

С другой стороны, большая длина волны расширяет возможности ГНК, поскольку объекты, непрозрачные для оптических волн, становятся прозрачными для акустических. Это свойство позволяет разглядывать исследуемый объект по всему объему. Результатом применения такого акустического метода является изображение внутренней структуры трехмерного испытуемого объекта. Это изображение особенно полезно при определении местонахождения различных дефектов внутри исследуемого объекта. Акустическая голография обладает целым рядом других преимуществ при формировании видимых изображений облученного звуком объекта. В частности, к этим преимуществам относятся способность к визуализации трехмерного изображения в реальном времени, быстрая запись и обработка акустической информации, огромная глубина поля зрения, относительная нечувствительность к турбулентности окружающей среды, способность к переработке информации об объекте, полученной от отдельных выбранных точек объекта, определение местоположения дефектов в объектах и, наконец,способность регистрировать сигналы с существенно более низкими мощностями, чем в любом другом случае, [c.327]

В канале Ks также имеет место формирование безопорных голограмм, однако их обработка имеет свои специфические особенности. В частности, к сверке с эталонами предъявляются не сами голограммы, а восстановленные из них образы. При этом маски синтезируются на основе информации о форме эталонных образов и о величине фоновой засветки. Вместо голографической обработки, которая присутствовала в канале К2, здесь наряду с голограммой интенсивности формируется оптическое изображение. Последа нее подвергается некогерентной согласованной фильтрации со специальными эталонными масками. Эти маски синтезируются на ос-новании эталонных изображений, а также информации о параметр рах турбулентной атмосферы и величине фона. Совместные резуль- [c.155]

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]

Рассмотренные передаточные функции обеспечивают более информативную оценку системы линз, чем простое измерение ее предела разрешения. На рис. 5.2,6 это иллюстрируется кривыми МПФ. Кривая Р соответствует линзе, свободной от всех аберраций относительная контрастность уменьшается с увеличением частоты до тех пор, пока не достигнет нулевого значения на пределе разрешения линзы (ср. с рис. 5.1). Кривые Q и R представляют линзы с аберрациями. Они показывают, что пока кривая R имеет частотный предел, превосходящий Q, она дает контраст (модуляцию) изображения меньше, чем на низких частотах. Выбор между двумя кривыми может быть сделан в соответствии с характером применения. Оптические передаточные функции не дают полного ответа на проблему оценки качества системы, особенно если в окончательном формировании изображения участвует глаз, хотя и являются более совершенными по сравнению с устаревшим и даже ошибочным измерением предела разрешения как критерия оптического качества. Глаз является плохой системой формирования изображения, но он связан со сложной обработкой данных в сетчатке и мозге. Это делает очень трудным предсказание и определение полного отклика в какой-либо конкретной ситуации. [c.91]

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]

Предлагаемая читателю книга представляет собой своего рода энциклопедический справочник, охватывающий как оптическую голографию в целом, так и формирование изображений и оптическую обработку информации. Для написания этой книги привлечен авторский коллектив в составе 31 специалиста из различных научных учреждений США и Канады. В авторский коллектив входит большинство ученых США, наиболее активно работающих в области голографии, оптической обработки информации и их применений. Введение к книге написал Э. Лейт — один из основоположников лазерной голографии, внесший большой вклад в дело ее практического использования в разных областях науки и техники. [c.6]

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]

Важнейшей задачей оптики всегда было повышение качества и информационной производительности оптических приборов. В настоящее время современная оптико-электронная техника, по существу, решила проблему формирования изображений высокого качества и большой информационной емкости для большинства практических задач. Важнейшей стала проблема эффективности использования заключенного в них огромного обьема информации, т.е. проблема обработки изображений, голограмм и интерферограмм. [c.204]

Дан обзор принципиальных моделей для следующих этапов оптической литографии формирования изображений в системах с дифракционным ограничением экспонирования позитивного резиста (отбеливания) обработки после экспозиции проявления резиста. Рассмотрены алгоритмы расчета по этим моделям и даны примеры анализа полной последовательности этапов процесса. Проведен анализ ограничений оптической литографии и различных установок, применяемых в настоящее время, а также способов их совершенствования в будущем. [c.321]

Любая томографическая система, как предназначенная для исследования внутренней структуры объектов, так и применяющаяся для обработки многомерных сигналов характеризуется тем, что на ее выходе формируется изображение. Фактически в процессе томографической обработки происходит преобразование некоторого входного сигнала. Особенностью томографа является то, что в нем трансформация исследуемой функции происходит в два этапа Естественно, это усложняет анализ процесса формирования изображения. Однако, как указывалось выше, возможен такой подход к построению конкретно оптических томографов, при котором оба этапа томографического процесса выполняются в единой оптической схеме [c.59]

Существует еще один важный способ представления проекционных данных в оптические процессоры для их томографической обработки, а именно представление проекций в виде суммарного изображения. Здесь прослеживается та же тенденция, что и в предыдущем способе, выполнения как можно большего числа операций алгоритмов восстановления томограмм еще на стадии записи данных о проекциях. Как было показано в 1 2, для формирования поперечного суммарного изображения необходимо 1) растянуть каждую проекцию в направлении, перпендикулярном оси р, т. е. превратить ее в двумерную, так называемую обратную проекцию 2) повернуть все обратные проекции относительно друг друга на углы, соответствующие углам, зондирования, т. е. перейти к повернутым обратным проекциям 3) просуммировать все повернутые обратные проекции. [c.172]

Особенностью устройства, реализующего такой способ, является отсутствие наклонных и отклоненных пучков - формирование и обработка (фйльтрация) изображений производится в направлении оптической оси, в связи с чем упрощаются настройка и юстировка системы. [c.94]

Однако описанное выше прямое использование теоремы свертки как в системах связи, так и в системах формирования оптического изображения вьщвинуло дополнительное требование, а именно инвариантность (или стационарность). Строго говоря, оно означает, что, например, в электрической цепи отклик на единичный импульс должен не зависеть от момента его подачи на вход, т. е. это должна быть система, инвариантная во времени. Таким же образом в системе формирования оптического изображения представление точечного объекта-функция рассеяния точки-должно быть одинаково по всему полю это должна быть система, инвариантная в пространстве (ср. разд. 4.4.1). В начале следующего раздела будут обсуждаться следствия этого требования в обработке оптического изображения. (Рассматривается ситуация, при которой система не является инвариантно линейной. В целом же проблемы нелинейных систем выходят за рамки этой книги.) [c.87]

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]

На рис. 54 показана схема съемки голографического кинофильма с регистрацией на голографической пленке трехмерного цветного квазисфокусированного изображения с множеством ракурсов по горизонтали и вертикали. Свет от лазеров трех длин волн 1 направляется в устройства 4 формирования освещающего пучка 5. Свет, отраженный от объекта 6, проходит через киносъемочный объектив 7, имеющий диаметр зрачка около 200 мм. Объектив формирует трехмерное уменьшенное изображение 8 вблизи голографической кинопленки 9, на которой оно регистрируется. Система светоделительных пластинок 2, зеркал 3 и других оптических элементов (например, расширительных линз 10) строит опорные пучки И от всех лазеров. Пленка в киносъемочном аппарате движется прерывисто. В каждом кадре на голографической пленке регистрируется интерференционная картина, которая после обработки образует голограммную структуру в виде микроскопических полос с различными значениями показателя преломления света. [c.113]

Полученные результаты позволяют перейти непосредственно к синтезу алгоритмов распознавания и анализу их эффективности. Естественно, что для распознавания особое значение имеет информация, закодированная в пространственной структуре лазерного излучения, по которой можно судить о форме лоцируемой цели и о характеристиках ее поверхности, В повседневной практике подобная информация получается непосредственно из анализа оптических изображений. Однако в лазерной локации даже тогда, когда влияние турбулентной атмосферы оказывается незначительным, формируемое изображение настолько отличается от обычного (см. гл. 2), что воспользоваться известными алгоритмами оказывается возможным лишь при весьма существенном их усовершенствовании. В общем случае оптимальная обработка приводит к более сложным операциям нежели формирование изображения, что естественно усложняет вид той информации, которая поступает на вход алгоритмов распознавания. Отмеченные особенности предъявляемой для распознавания информации, обладающей к тому же ярко выраженным статистическим характером, приводят к необходимости при синтезе алгоритмов распознавания опираться на основные принципы теории статистических решений. [c.132]

В канале Ki вместо голографической обработки осуществляется формирование обычного оптического изображения, которое затем просвечивается через маски, соответствующие различным эталонным целям. Эти маски синтезируются на основе информации о величине шумового фона. Полученное после просвечивания каждой маски излучение собирается линзой, интенсивность в фокусе которой и является исходной величиной для вычисления искомого услов ного функционала (1.3.23). [c.155]

В предыдущих параграфах мы изучали ограничения, налагаемые на качество изображения атмосферными неоднородностями, при формировании изображения оптической системой в условиях длительной и короткой экспозиции. Влияние атмосферы описывалось передаточными функциями, которые уменьшают пространственно-частотный отклик на высоких частотах и нередко существенно снижают разрешение системы. Теперь мы перейдем к новому важному методу сбора и обработки данных, который позволяет извлечь из серии коротко экспонированных изображений информацию о пространственных частотах, значительно больших, чем те, которые могли бы быть пропущены рассмотренными ранее усредненными длительно и коротко экспонированными передаточными функциями. Такой метод формирования изображения предложил и впервые продемонстрировал в астрономической обсерватории Лабейри [8.33, 8.34 [c.414]

Схемы ТВА включают усфойства формирования оптических изображений объекта, телевизионную систему и усфойство обработки видеосигнала, выполняемого на базе всфоенных в сфуктуроскоп микропроцессора или с помощью внешней ЭВМ. В состав математического обеспечения обычно входят профаммы, обеспечивающие автоматический поиск объектов, контурное слежение и посфочное сканирование в пределах заданного контура, а также вычисление необходимых статистических характеристик объектов. Время ввода телевизионного кадра составляет 0,02 с (реальное время). Время обработки зависит от сложности изображения, характера решаемой задачи и составляет в среднем 0,1. .. 1 с. [c.517]

Мультипликация (размножение) изображений занимает важное место в технологии производства интегральных схем для микроэлектроники. Мультиплицирование требуется при использовании группового метода изготовления изделий, в многоканальных системах обработки информации (например, при распознавании образов), а также необходимо для систем хранения и размножения информации и ряда других случаев. Обычно процедура преобразования отдельного изображения в большое число идентичных изображений осуществляется последовательным формированием изображений шаблона с помощью оптико-механических мультипликаторов, которые представляют собой сложнейший комплекс оптических, механических и электронных устройств, работающих во взаимосвязи. [c.61]

Система фокусирования излучения ОКГ предназначена для передачи и формирования лазерного излучения, а также для поддержания необходимой плотности мощности излучения на обрабатываемой поверхности. Для этого могут использоваться как простые линзы и зеркала, так и специальные линзовые, зеркальные или комбинированные оптические системы. Система фокусирования служит также для визуального наблюдения за зоной обработки путем вывода изображения к бинокуляру, проекционному экрану оператора или на телевизионный экран. [c.38]

Пара максимумов первого порядка интерферирует в плоскости изображения, создавая простые гармонические вариации освещенности, которые соответствуют основному периоду решетки. Этот период представляет собой минимальную информацию об объекте без тонких деталей его оптической структуры. Каждая пара последующих максимумов более высокого порядка добавляет последовательно к общей освещенности гармоники более короткого периода (х Djn), которые формируют изображение. Все детали изображения строятся способом, вполне аналогичным фурье-синтезу. В разд. 3.4.1 было показано, что дифракционные максимумы сами заключают в себе фурье-анализ рещетчатого объекта, и была сделана ссылка на дифракционную плоскость, описываемую как фурье-плоскость. Поэтому процесс формирования изображения в рассматриваемом нами примере можно интерпретировать как двойную фурье-обработку с дифракционной картиной в качестве фурье-анализа решетки и изображением в качестве фурье-синтеза данного фурье-анализа. Такая интерпретация особенно очевидна, если вспомнить принцип обратимости. Все порядки дифракции, которые создают изображение путем суммирования гармоник, возвращают к решетчатому объекту, где они рекомбинируют, образуя первоначальное распределение освещенности (апертурной функции) на решетке. [c.94]

Несмотря на очевидную простоту выполнения операции двумерного спектрального анализа над изображениями оптическими методами, с ее помощью можно решить широкий круг практически важных задач. Это такие задачи, как формирование признаков в устройствах распознавания образов [156], анализ микроструктуры в биологии и медицине [157—160], количественная обработка интерферограмм в фурье-спектроско-пни [161], обработка геофизических данных [162], измерение и контроль диаметра сверхтонкой проволоки и нитей и др. [c.261]

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]

Сейчас, в период компьютеризации, все больше физиков обращается к цифровой голографии как методу всестороннего изучения голографического процесса. Вычислительная техника с ее широкими возможностями количественной поточечной обработки изображений позволяет промоделировать весь голографический процесс от начального момента формирования голограммы до момента восстановления по ней исходного изображения, включая многие промежуточные этапы преобразования оптической информации. Цифровая голография как метод реализации голографического процесса с помощью ЭВЛ стала возможна благодаря наличию детально разработанного математического аппарата, адекватно описывающего волновое поле лазеров при формировании голограммы и восстановлении изображения. Достаточно большой опыт расчета волновых полей на ЭВМ, создание численных методов гармонического анализа двухмерных сигналов с помощью ЭВМ, разработка весьма эффективного алгоритма быстрого преобразования Фурье— все это явилось основой применения цифровЪй Техники в голографии. [c.111]

Синтез изображений по сигналам, получаемым с датчиков физических полей. Это задача цифровой обработки сигналов датчиков, направленная на их преобразование в форму, пригодную для визуализации. Сюда, например, относится томографический синтез, цифровое восстановление акустических и радиоголограмм, формирование изображений в оптических и других системах с кодированной апертурой и т.д. [c.205]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...