基于光场调控的光学图像相关处理:原理与技术进展

光学图像识别以信息处理容量大、运算速度快(基本上接近光速)和高度并行处理能力等特点得到研究人员的广泛关注,在成像、生物医疗、国防军事等领域均具有广阔的应用前景.近年来,随着空间光场调控技术的发展,人们对结构光场的认识愈加深入,使得光学图像识别这一领域焕发出新的生命力.本文从范德·拉格特相关器(Vander Lugt Correlator, VLC)和联合变换相关器(Joint Transform Correlator, JTC)这两大主要光学图像识别相关器的基本原理出发,介绍了光场调控在光学图像相关识别及处理应用中的物理原理与技术进展.从线性光学、非线性光学以及量子光学这三个角度分别介绍不同领域如何通过光场调控实现全光型的光学图像相关处理.     

利用光学小波变换对血红细胞识别的Matlab仿真

将光学图像识别技术应用于生物目标的探测,用光学小波变换识别多个血红细胞,以提高系统的识别力。在光学联合变换相关器中,通过空间频谱面上的小波滤波可以实现光学小波变换,构建光学小波联合变换相关器。Matlab仿真结果表明,与传统的联合变换相关器相比,由于小波变换的引入,相关峰尖锐,峰噪比明显增强,峰的半宽度显著减小,在多目标识别中不同位移目标不易受干扰,提高了目标探测能力。     

基于相关器的光学模式识别的存在性问题

对于光学相关模式识别的存在性问题, 即这一方法的适用范围和局限性, 结合神经网络的函数逼近理论进行了探讨. 结论是: 只有待识别的目标为线性可分时(这种情况通常很少), 或者任务所涉及的待识别目标的样本数量较少, 且该两类样本子集具有线性可分性时, 4f系统光学相关器才可能无误地完成模式识别任务; 联合变换相关器在识别原理上与4f系统是一样的, 其适用范围相同. 在确定光学相关模式识别的存在性问题的基础上, 对过去40年来在这一领域中研究的若干重要问题, 给出了明确的评价.     

基于二次成像的光学图像相位恢复

在杨-顾算法的基础上,提出了一种基于二次成像的光学图像相位恢复算法.根据简化的光学成像系统模型得到了相机二次成像图像之间关系,即两者之间近似满足图像的薛定谔变换关系.利用图像的薛定谔变换和杨-顾算法实现了光学图像的相位恢复.实验结果表明:该算法能较好地重建光学图像,所恢复的相位信息中含有光学图像的一些基本信息.     

光学图像的保密和安全检查

信用卡、证件以及商标等都需要安全稳定的防伪标志。目前社会上的很多防伪标志因为技术含量低而经常被伪造，给国家、企业或个人造成巨大损失。于是，一种为防伪光学图像保密和作安全检查的技术就成为这个领域里的热门。利用两个随机相位掩模将振幅识别的初始图像编码为复振幅稳定的白光噪音，从而使仅对光强敏感的探测器无法接收，以达到保密的目的。对保密的光学图像进行安全检验的方法则是利用光学４Ｆ系统或联合变换相关器对图像进行解码或识别。这种方法具有很强的抗盲卷积性质，是一种简便稳妥而实用的图像保密和安全检查方法，在广大的国家安全和商业保密领域里具有很大的发展潜力。     

光学图像识别相关器的MATLAB仿真

利用MATLAB提供的图像处理函数来模拟光学图像识别相关器对图像的识别,得到较好的仿真结果。     

光电混合的修正振幅调制的联合交换相关器作多目标检测

提出一种实现光电混合的修正振幅调制的联合变换相关器作多目标检测的实验系统。这一结果属于可编程的单空间光调制器的联合变换相关器。为提高系统的分辨本领和空间带宽积,可编程的单空间光调制器由液晶显示屏、成像透镜和液晶光阀组成。这种方法具有光学处理信号是平行进行、大容量和高速度等优点,又有计算机对联合功率谱进行处理的灵活性和可编程等优点。实验结果证实了光电混合的修正振幅调制的联合变换相关器作为目标检测的正     

光学小波变换在图像边缘特征提取中的应用

小波变换是一种有效检测图像边缘的方法,但由于变换中维数倍增,造成计算量十分大。介绍用传统的4f光学处理系统实现小波变换。它在光学图像的边缘特征提取中能够很好地得到应用。最后给出计算机仿真结果。     

光学4f系统的图像空间频率特性

为将光学小波变换应用于图像压缩,分析光学4f系统中图像实现方式和图像采集对图像空间频率特性的影响,研究图像频域能量集中特性及其在光学4f系统中的表现,提出光学4f系统中图像空间频率特性的相关计算方法。理论分析、仿真计算和光学实验结果表明:用于图像压缩的光学小波变换在频谱面上的空间滤波范围受到输入图像尺寸、近轴条件、光学4f系统的器件采样特性、图像频域能量集中度以及系统噪声的影响,应根据实际光学4f系统选择合适的光学小波变换的空间滤波范围。实验结果验证了方法和结论的正确性。     

光电混合的修正振幅调制的联合变换相关器作多目标检测

提出一种实现光电混合的修正振幅调制的联合变换相关器作多目标检测的实验系统．这一结构属于可编程的单空间光调制器的联合变换相关器．为提高系统的分辨本领和空间带宽积,可编程的单空间光调制器由液晶显示屏、成像透镜和液晶光阀组成．这种方法具有光学处理信号是平行进行、大容量和高速度等优点,又有计算机对联合功率谱进行处理的灵活性和可编程等优点．实验结果证实了光电混合的修正振幅调制的联合变换相关器作多目标检测的正确性．     

纯位相编码识别方法

本文提出一种纯位相编码识别方法。在光学相关器中使用一种特殊的纯位相编码滤波器,将二值化后的输出响应序列作为目标的识别代码,可以增加光学相关系统的识别能力.     

光栅光学小波滤波器

采用光学小波变换可以大大节省图像数据压缩的时间，实现图像数据的实时压缩，为图像的快速传输奠定基础.在典型的光学4f系统的谱面上加滤波片是实现光学小波变换的常用方法，该滤波片可以用胶片、全息图和光栅作为滤波片.但是，因为光栅参数与小波谱值的数学关系复杂，推导的难度较大，所以以往人们都采用胶片或全息图作为滤波片，这样做的精度并不高.作者研究的是在4f系统的谱面上加光栅作为滤波片来实现小波变换，推导了光栅参数与小波谱值的数学关系，为人们制作4f系统的滤波片提供了另一种新的参考.     

中等视场大相对孔径水下两档变焦光学系统

研究了水下两档变焦光学系统的设计方法并给出了具体设计实例。采用轴向移动变焦方式,变焦过程中相对孔径保持不变,相对孔径为1/1.4,系统变焦比为2,在水下的宽视场角为60,°有效焦距3.6 mm,用于大范围内搜索目标;窄视场角为20°,有效焦距7.2 mm,用于对目标进行具体分析。在空间42 lp/mm处的宽视场和窄视场的光学传递函数值均大于0.4,成像质量较好。既满足了水下成像对大相对孔径和较大视场的要求,又能够在大范围内搜索目标,小范围内对具体目标进行分析,满足实际应用的需要。     

光学相关不变性模式识别的局限性及其出路

本文运用神经网络理论分析了光学相关不变性模式识别的局限性,在保持光学相关模式识别方法的合理内涵的基础上,提出了基于两层神经网络的不变性模式识别方法,分析了这种方法的普适性、适应性、最优并行性及其在硬件实现上的优点,并给出该方法用于多个飞行目标多畸变不变性识别的实验结果．