Голографйческое распознавание образов - отнесение изображения
(или его части) к одному из заранее определённых классов, напр. опознавание
и указание координат буквы (или сочетания букв) на странице текста. Для решения
задач этого типа предъявленное изображение сравнивается с эталонным, причём
сравнение производится на основе вычисления функции взаимной корреляции:
где f(x, у) - распределение
освещённости (или яркости) в предъявленном изображении; S(х, у) - распределение
освещённости, характеризующее эталонное изображение; 
- координаты взаимного сдвига; А - область существования функций f
и S. Величина максимума 
определяет степень сходства между f(x, у)и S (х, у), а положение
максимума указывает положение той области на f(x, у), к-рая наиболее
близка по структуре к S(х, у). Фиксируется такое значение максимума 
,
начиная с к-рого система выдаёт сигнал: "изображение S'(x, у)содержится
в f(x, у)".
Вычисление функции взаимной
корреляции двух изображений осуществляется средствами дискретной вычислительной
техники, аналоговыми (или цифроана-логовыми) методами когерентной оптики и голографии. Наиб. употребительны 2 схемы голографич. корреляторов. Одна из них предложена
К. Вандер Люгтом (К. Vender Lugt) (рис. 1). Пусть в плоскости P1
помещён транспарант
с распределением оптич. плотности, пропорциональной S(x, у). Тогда при
освещении транспаранта плоской волной когерентного света в фокальной плоскости
линзы Л1 (плоскости P2) сформируется распределение
амплитуды и фазы светового поля, про-порц. спектру пространств. частот функции
S (х, у), т. е. будет выполнено Фурье преобразование функции S
(х, у).
Пусть теперь на плоскость
P2 падает под углом q плоская опорная волна, когерентная с волной,
освещающей транспарант в плоскости P1. Тогда в плоскости P2
образуется стационарная интерференц. картина. Если её зарегистрировать, то мы
получим голограмму Фурье объекта S (х, у). Эта голограмма представляет
собой согласованный фильтр пространств. частот для сигнала S(x, у). Действительно,
если поместить голограмму (после проявления) в плоскости P2, убрать
опорную волну, поместить в P1 транспарант, отображающий функцию f(x,
у), и осветить его когерентным светом, то в плоскости P3 (после
обратного преобразования Фурье, выполняемого линзой Л2) образуется
неск. изображений, одно из к-рых имеет освещённость, пропорц. функции взаимной
корреляции f(x,у)и S(х,у). Если f(x,y)=S(x,у)или функция
S(х,у)является обратным фурье-образом функции f(x, у), то
функция взаимной корреляции обращается в функцию автокорреляции, а соответствующее
изображение - в яркое пятно на тёмном фоне.
В др. схеме оптич. коррелятора
(рис. 2) транспаранты, отображающие f(x, у)и S (х, у), помещаются
во входной плоскости рядом друг с другом (параллельный ввод информации). На
плоскости P2 происходит интерференция спектров f(х, у)и S(х,
у)и регистрация интерференц. картины. Регистрирующая среда просвечивается
когерентным светом (с помощью светоделителя), и после линзы Л2 в
двух местах по обе стороны от оптич. оси формируется освещённость, пропорц.
функции взаимной корреляции S (х, у)и f(x, у).
В зависимости от поставленной
задачи оптич. когерентные корреляторы могут быть созданы на базе разл. светомодулирующих
и регистрирующих элементов. 1) Ввод информации фотогр. диапозитивом (транспарантом);
фильтр выполняется заранее, также на фотогр. материале. Такие корреляторы отличаются
высокой точностью, но не являются быстродействующими. 2) Ввод информации при
помощи пространственно-временного модулятора света (управляемого транспаранта).
Фильтр выполнен на фотогр. материале. В этом случае коррелятор может обрабатывать
поступающую информацию
в реальном времени, но оперативная смена фильтра невозможна. Это вынуждает вводить
в состав прибора т. н. "библиотеку фильтров", набор фильтров для
всех ожидаемых ситуаций. Это ведёт к значит. усложнению прибора, снижению его
надёжности и не решает до конца проблему работы в реальном времени. 3) Ввод
информации при помощи пространственно-временного модулятора, а запись фильтра
на оперативной регистрирующей среде. В этом случае возможна быстрая перестройка
коррелятора на опознавание любого объекта.
Среди пространств. модуляторов
наиб. перспективны устройства, основанные на фоторефракции в кристаллах, а также
на сочетании полупроводников и жидких кристаллов. Среди оперативных регистрирующих
сред наиб. пригодны фототермопластики и термохромные слои на основе окислов
V.
Г. р. о. применяется для
сортировки и измерения размеров деталей в массовом производстве; в навигации
летательных аппаратов по участкам местности; в информационно-поисковых системах;
для автоматической классификации объектов в микроскопии и т. п. Важной областью
является анализ и распознавание одномерных сигналов, развивающихся во времени
(в технике радиоприёма, радиолокации, акустической локации).
Ф. M. Субботин
|
|
 |
