Согласованная пространственная фильтрация

СОГЛАСОВАННАЯ ПРОСТРАНСТВЕННАЯ ФИЛЬТРАЦИЯ [c.238]

Рис. 7.3.1. Схема согласованной пространственной фильтрации

Рассмотрим работу оптической схемы согласованной пространственной фильтрации, отвлекаясь пока от вопросов получения самого комплексно-сопряженного фильтра (рис. 7.3.1). Определим реакцию схемы согласованной пространственной фильтрации на произвольное [c.239]

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]

Рис. 7.3.2. Схема согласованной пространственной фильтрации, использующая ГСФ

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]

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]

Принципы решения перечисленных задач с помощью согласованной пространственной фильтрации рассмотрены на примере исследования скорости движения облаков и интегрального контроля качества печатных плат. [c.265]

Метод согласованной пространственной фильтрации при решении рассмотренных задач, безусловно, уступает интерферометрии [c.265]

Первым и самым распространенным оптическим коррелятором является коррелятор с частотной плоскостью [221 или система согласованной пространственной фильтрации. На рис. 1 приведена схема такого коррелятора, используемого в лабораторных исследованиях, Чтобы получить взаимную корреляцию функций g xi, г/i) и h xi, уг), необходимо сначала синтезировать в плоскости Рг пространственный фильтр Н (и, v), согласованный с h xi, г/i). [c.553]

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]

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]

Один из последних предложенных подходов к синтезу сложного согласованного пространственного фильтра 116] состоит в формировании матрицы фурье-образов эталонных функций с использованием линзы и голограммы матрицы точечных источников и последующей фильтрации спектров входных функций с помощью полученной матрицы СПФ. Если для записи нескольких СПФ применяется один и тот же точечный опорный источник, то это приводит к получению усредненной фильтрации, однако в этом случае при перекрытии выходных плоскостей отдельных фильтров могут наблюдаться интерференционные полосы. Основные проблемы в этом подходе связаны с тем, что в частотной плоскости коррелятора использовано пространственное, а не частотное мультиплексирование, а это приводит к более жестким требованиям к линзам. [c.584]

Известно [2], что одним из условий обеспечения оптимальности пространственной фильтрации точечного объекта в ОЭП является согласование размеров аберрационного пятна оптической системы с размерами элементарной ячейки модулирующего растра или размерами элемента мозаичного приемника, т. е. выполнение условия [c.146]

Методика оптической согласованной фильтрации может быть применена для поиска или согласования нужных выходных образов. Однако процедура сопоставления с образцом не является одинаковой для всех элементов и, следовательно, этот тип операций, используя терминологию из области оптической фильтрации, называют пространственно-зависимым. [c.233]

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]

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]

На рис. 25 показана схема согласованной оптической фильтрации. В этом случае роль пространственного фильтра выполняет Фурье-голограмма эталонного объекта, схема получения которой понятна из чертежа. Отличие структуры контролируемого объекта от эталона приводит к изменению сигнала фотоприемника, показания которого пропорциональны степени корреляции исходного и текущего изображений. Схема эффективна для технологического контроля печатных плат. Вначале получают голограл мы платы в нормальных условиях, а затем платы нагревают (или охлаждают) изме- [c.97]

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]

Контроль качества печатных плат основан на использовании согласо-ванной пространственной фильтрации однако в данном случае схема СПФ используется как коррелятор Сущность метода контроля состоит в сравнении рисунка печатного монтажа до и после температурных воздействий. С этой целью на рисунок печатного монтажа платы в нормальных условиях изготавливают ГСФ и измеряют интенсивность корреляционного пятна на выходе согласованного фильтра. Затем плату последовательно нагревают и охлаждают до температур, оговариваемы.х в технических условиях, и при нормальной температуре опять устанавливают в схему согласованной фильтрации. Из-за неодинаковых температурных коэффициентов расшире- , ния печатных проводников и материала платы возникают остаточные деформации, которые изменяют положение печатных проводников на плате. В результате смещения проводников интенсивность корреляционного пятна изменяется в зависимости от смещения (деформации). Измеряя интенсивность корреляционного пятна до и после температурных воздействий, можно оценивать величину возникающих прн этом остаточных деформаций и контролировать качество печатных плат. Зависимость интенсивности корреляционного пятна от деформаций приведена иа рис. 8.2.2. Аналогичным образом можно обнаруживать начинающиеся усталостные разрушения в механических деталях (например, в лопатках турбин). [c.265]

Если когерентный световой сигнал усиливать лазерным усилителем, то к нему добавляются шумы спонтанного излучения. Пользуясь описанной выше системой с дифракционным ограничением пучка, согласованием мод и пространственной фильтрацией, можно уменьшить дополнительный шум спонтанного излучения до значений, близких к теоретическому минимуму. Вопрос заключается в следующем можно ли получить выигрыш в чувствительности системы, т. е. в минимальном обнаруживаемом сигнале Как увидим ниже, ответ зависит от спектральных характеристик приемника. Если провести поверхностный анализ ОСШ для систем, основанных на использовании лазерных усилителей с небольшим усилением, работающих в видимой области спектра, для которой имеются фотоэлектронные приемники с хорошими характеристиками, то можно легко сделать вывод, что лазерный усилитель ухудшает характеристики большинства систем связи [19, 49], особенно если лазерный предусилитель сравнить с оптическими гетеродинными или гомодинными системами. Но более тщательный теоретический анализ (слишком подробный, чтобы воспроизводить его в данной книге) [50] показывает, что в зависимости от уровня инверсии лазерного усилителя и спектрального квантового выхода приемника при использовании лазерного предусилителя может снизиться минимальный обнаружимый уровень сигнала. Результаты измерений, проведенных на длине волны 3,508 мк (одно из лучших окон прозрачности атмосферы) с лазерным предусилителем на Хе, имеющем большое усиление [51, 52], показали, что вследствие сужения полосы усиления получен выигрыш в минимальном обнаружимом сигнале на 16 дб. Поскольку независимые измерения инверсии [c.482]

Для осуществления оптимальной пространственной фильтрации необходимо обеспечить выполнение условий (4.2), (4.3). Анализируя выражение (4.2) для частотной характеристики оптимального фильтра, легко прийти к выводу [33], что этот фильтр можно представить в виде двух последовательно включенных звеньев согласованного фильтра с характеристикой вида 5 (](0а) и помехоподавляющего фильтра с характеристикой 1/Фш( а) который должен обладать диффе-)енцирующими свойствами. Для ряда моделей фона в-33] проведен анализ характеристик оптимальных пространственных фильтров (ОПФ) с непрерывной структурой. Показано, что отступление от центральной симметрии характеристик объекта и фона может повысить эффективность применения ОПФ. Вообще же вид спектра фона очень заметно влияет на максимально достижимое отношение сигнал-помеха на входе ОПФ. [c.83]

В ряде случаев удовлетворительные результаты можно получить, используя приближени(е фильтра (7.4.22) в виде Ti vx, vy) = 5(vj , Vy) . Этот фильтр получают путем фотографирования пространственно-ча-стотного спектра сигнала и последующего контактного копирования полученного негатива при обеспечении результирующего коэффициента контраста всего фотопроцесса, равного двум. Фильтр вида Ti vx, Vy) = 5(vx, Vy) I является согласованным в том смысле, что его модуляционная характеристика пропорциональна спектру сигнала, благодаря чему фильтр пропускает лишь те частоты, которые имеются в сигнале, и ослабляет все остальные. Причем этот фильтр ослабляет и пространственные частоты спектра сигнала с весом, определяемым S(v, v ) . Естественно, что такая фильтрация искажает форму сигнала на выходе. Чтобы форма выходного сигнала не искажалась, следует использовать фильтр вида [c.252]

Анализ процесса образования изображения в плоскости фурье-координат особенно удобен в задачах согласованной фильтрации , которые встречаются в спектроскопии и впервые были рассмотрены Голеем, Жираром и другими [6—9]. Они синтезировали очень узкую щель путем изготовления в плоскости пространственных координат частотного образа щели, наблюдаемой в плоскости пространственных частот. Задача синтеза заключается в том, чтобы получить функцию сканирующей щели (в результате сканирования изображения входной щели в монохроматическом свете, прошедшем через аналогичную выходную щель) с тем же самым пространственным разрешением в длинах волн, как и в случае узких щелей, но с сильно увелд- [c.55]

Параметры и характеристики приемника излучения (13) выбираются, как правило, из условий обеспечения необходимой чувствительности и наилучшей помехозащищенности всего прибора. При этом важнейшей практической задачей разработчика является оптимальное согласование параметров приемника с параметрами других звеньев ОЭП, а также с параметрами наблюдаемого объекта и среды распространения излучения. Часто приемник выполняет помимо своих основных функций — преобразования световой энергии в электрическую и другие функции, например координатно-чув-ствительные приемники являются одновременно и анализаторами изображения, а многоэлементные мозаичные приемники и фотоматрицы выполняют одновременно функции пространственных фильтров и анализаторов. Конечно, и в этом случае анализ изображения и фильтрация сигнала осуществляются не одним приемником, в них участвуют и другие звенья прибора, и прежде всего объектив и электронный тракт системы. (На рис. 1.2 представлен лишь предварительный усилитель (14) этого тракта.) [c.16]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...