Исследование когерентного динамического вейвлет коррелятора изображений

• Автор: Федоров, Игорь Юрьевич
• Шифр специальности: 01.04.21
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 104 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. КОГЕРЕНТНЫЕ ОПТИЧЕСКИЕ КОРРЕЛЯТОРЫ ИЗОБРАЖЕНИЙ

1.1. Оптический коррелятор Вандер Люгта

1.2. Коррелятор совместного преобразования

1.3. Сравнительный анализ корреляторов Вандер Люгта и совместного преобразования Л

1.3.1. Требования к выбору несущей пространственной частоты

1.3.2. Сравнение контрастов интерференционной картины корреляторов Вандер Люгта и совместного преобразования
1.3.3. Требования к точности установки голографического пространственного фильтра в частотной плоскости
1.3.4. Особенности распознавания образов с помощью корреляторов Вандер Люгга и совместного преобразования
1.4. Чувствительность оптических корреляторов к рассогласованию распознаваемого
образа относительно эталона по размерам и угловой ориентации
1.5. Математические основы вейвлет преобразования
1.5.1. Разложение по вейвлетам
1.5.2. Свойства вейвлет преобразования
1.6. Оптические вейвлет корреляторы изображений
1.6.1. Оптический вейвлет коррелятор Вандер Люгта
1.6.2. Оптический вейвлет коррелятор совместного преобразования
1.7. Выбор базисной функции для оптического распознавания образов
Выводы по главе
ГЛАВА 2. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ
ОПТИЧЕСКОГО ВЕЙВЛЕТ КОРРЕЛЯТОРА ИЗОБРАЖЕНИЙ
2.1. Математическая модель оптического вейвлет коррелятора изображений
2.2.1. Блок схема исследуемого вейвлет коррелятора
2.2.2. Пространственный вейвлет - фильтр
2.2.3. Результаты машинного моделирования
2.3. Экспериментальное исследование оптического вейвлет коррелятора изображений
2.3.1. Оптическая схема лабораторного макета
2.3.2. Методика проведения и результаты эксперимента
Выводы по главе
ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИЧЕСКОГО ГОЛОГРАФИЧЕСКОГО КОРРЕЛЯТОРА ИЗОБРАЖЕНИЙ
3.1. Динамические голографические среды
3.1.1. Формирование голограмм в объемных средах
3.2.2. Фоторефрактииные кристаллы
3.2.3. Жидкие кристаллы
3.2.4. Бактериородопсин
3.2.5. Кристаллы СбБгЮа с бистабильными примесными центрами, как новый класс
сред динамической голографии
3.2. Схема лабораторного макета исследуемого динамического коррелятора совместного преобразования на основе кристаллов СбР2:Оа
3.3. Экспериментальное исследование лабораторного макета динамического коррелятора совместного преобразования
3.4. Архитектура предлагаемого динамического вейвлет коррелятора изображений на основе кристаллов СйБг
Выводы по главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ
Развитие современной науки и техники идет по пути быстрого и постоянно увеличивающегося роста потока информации, подлежащего переработке и использованию. Несмотря на достигнутые успехи, прогресс цифровой вычислительной техники в значительной мере отстает от возрастающих требований. Объем данных бывает настолько большим, что в некоторых случаях, существенно превышает способности системы. Дальнейшее совершенствование производства и технологии в еще большей степени увеличит требования к скорости, эффективности и своевременности обработки больших массивов информации.
В связи с этим, в настоящее время широко исследуются оптические методы обработки информации [1] для создания оптических процессоров аналогового типа [2], работающих в режиме реального времени. Это привело к созданию высокопроизводительных гибридных когерентных оптических вычислительных машин аналогового типа, которые с большим успехом используются для решения таких трудоемких задач, требующих параллельную обработку, как, например, распознавание образов и обработка изображений в реальном времени, и сочетают в себе гибкость, и универсальность цифровых компьютеров с высокой производительностью оптических распознающих устройств.
Интерес к оптическим методам обработки информации обусловлен исключительно высокой информационной емкостью светового поля как переносчика информации, высокой скоростью распространения оптических сигналов и сравнительной легкостью осуществления целого ряда интегральных операций над двумерными массивами информации, представленными в виде изображений. Так, например, в когерентной оптике легко реализуются такие математические операции как вычисление свертки и корреляции, преобразование Фурье и преобразование Гильберта, преобразование Френеля и ряд других. В целом оптические системы обработки информации уступают цифровым методам по точности вычисления (как и все аналоговые системы), но, благодаря быстроте вычислений оказываются более эффективными при решении ряда практических задач. Чаще всего эти задачи связаны с необходимостью выполнения операций двумерного спектрального и корреляционного анализа над двумерными комплексными функциями или многоканального анализа электрических сигналов. Решение подобных задач цифровыми методами сопряжено со значительными затратами машинного времени и поэтому не всегда эффективно и экономически оправдано.
Идея использования света как переносчика информации в оптическом компьютере не нова. Однако, лишь относительно недавно, разработки и исследования в этой области приобрели необыкновенный размах [3, 4]. Это обусловлено тем, что цифровая

Здесь '№'[/] = IV(а,Ь) - обозначение вейвлет преобразования функции
б) Инвариантность к сдвигу
И'[Д1-Ь0)] = И'(а,Ь-Ь0) (1.75)
в) Инвариантность к растяжению / сжатию
¥ / И1 (1.76)
Као). а0 V а0 а0 ;
г) Частотно временная локализация.
Вейвлет - преобразование обладает локализованным одновременно в пространстве частот и во времени частотно-временным окном, параметры которого зависят от частоты. На низких частотах оно обладает более высоким разрешением по частоте и более низким - по времени, а на высоких частотах — наоборот: более высоким разрешением по времени и более низким — по частоте. При этом остается постоянной относительная разрешающая
способность по частоте
- = сот1 (1-77)

и площадь частотно-временного окна (рис. 1.6)
б/гг Л = сот! (1-78)
г) Дифференцирование

т.д?л=(-о“ /доэгкр** «)]<* (1-79)
Это свойство означает, что вместо дифференцирования исходного временного ряда, можно продифференцировать нужное число раз вейвлет, е) Аналог теоремы Парсеваля
, с!ас1Ь
Таким образом, энергия сигнала может быть вычислена через коэффициенты вейвлет преобразования.
1.6. Оптические вейвлет корреляторы изображений
Интерес к использованию вейвлет анализа для обработки сигналов и изображений в конце 80 - х - начале 90-х годов прошлого века привело к появлению оптических схем, позволяющих осуществлять оптическое вейвлет преобразование (ОВ11) [65, 66, 67]. Первый оптический вейвлет процессор был предложен Е. Фрейцем для задач фрактального анализа [68]. С тех пор, появилось множество публикаций по устройствам, выполняющим ОВП.