Система распознавания изображений с преобразованием Фурье

Коррелятор оптического совместного преобразования представляет собой систему оптической обработки информации, основанную на теории преобразования Фурье. Он может извлекать необходимую информацию или обнаруживать конкретную информацию из многих заданных целевых данных. Он широко используется в оптическом распознавании изображений. Поле; В настоящее время комбинированное. Благодаря процессорам, связанным с преобразованием Фурье, он вышел на практический этап в области распознавания отпечатков пальцев, распознавания символов, распознавания целей и распознавания биологических клеток. В этой статье впервые представлен принцип технологии распознавания изображений с совместным преобразованием Фурье. Во-вторых, на основе принципа интерферометра Маха-Цендера был построен набор фотоэлектрических гибридных систем совместного преобразования Фурье в реальном времени с использованием пространственного модулятора света (SLM), КМОП и некоторых общих оптических компонентов для достижения одинаковых и разных характеров и т. д. Идентификация простых целей и получение их совместного спектра мощности и картин корреляционных пиков.

Предположим, что f ( x + a , y ) и g ( x - a , y ) — два прозрачных объекта, участвующих в операции взаимной корреляции, с центром, расположенным в ( a , 0).В соответствии с основным принципом преобразования Фурье , их совместное преобразование Фурье. Спектр преобразования Лиле выглядит следующим образом:

Согласно теореме линейности и теореме фазового сдвига преобразования Фурье, мы можем получить:

в, 

Его общий спектр мощности Фурье:

Если спектр мощности преобразован Фурье, мы имеем:

Подставив спектр мощности | S ( u , v ) | ² в приведенное выше уравнение, можно получить следующие четыре члена:

Среди них O ₁ и O _{2 являются} членами автокорреляции f ( x , y ) и g ( x , y ) соответственно . Они совпадают в центре выходной поверхности и называются членами нулевого порядка; O ₃ и O ₄ являются f ( термины взаимной корреляции x , y ) и g ( x , y ) отражают соответствующие выходные сигналы, которые находятся вдоль выходной плоскостиОси перемещаются на расстояние -2 a и +2 a соответственно и отделяются от центрального члена нулевого порядка. Короче говоря, если корреляция между двумя объектами, участвующими в операции взаимной корреляции, сильная, на выходном корреляционном изображении появится изображение пика корреляции с очевидной интенсивностью. Напротив, если корреляция объектов слабая, интенсивность корреляционного пика не будет очевидна или изображение корреляционного пика не появится.

В этой статье проверяется построенное экспериментальное устройство распознавания изображений с преобразованием Фурье . Конкретный оптический путь показан на рисунке 1. Идентифицируемые объекты представляют собой пленки, напечатанные с различными символами.

Рисунок 1. Схема оптического пути экспериментального устройства распознавания изображений с преобразованием Фурье.

После настройки экспериментального светового пути мы начали наблюдать экспериментальные явления:

(1) Сначала пару прозрачных изображений, которые необходимо идентифицировать, помещают в две световые ветви интерферометра Маха-Цендера, и два идентифицируемых изображения можно наблюдать за спектроскопом. В этой статье для сравнительных экспериментов используется один и тот же шаблон, а также разные шаблоны.

Рисунок 2. Проекционные изображения одного и того же узора (слева) и разных узоров (справа).

(2) Поместите линзу для равномерного выполнения преобразования Фурье на идентифицируемом изображении. Совместный спектр преобразования Фурье можно получить на задней целевой поверхности CMOS1. В это время яркость источника света можно соответствующим образом отрегулировать, чтобы сделать Изображение наблюдаемого спектра имеет более явную интерференцию.

Рисунок 3. Спектр совместного преобразования Фурье, наблюдаемый с помощью CMOS1, тот же спектр шаблона (слева) и другой спектр шаблона (справа).

(3) Затем используйте CMOS1 для преобразования объединенного спектра Фурье в объединенный спектр мощности преобразования и выведите спектр мощности на жидкокристаллический пространственный модулятор света через компьютер. Отрегулируйте положение изображения пространственного модулятора света так, чтобы световое пятно совпадало. с изображением как можно больше.

(4) Изображение спектра мощности в пространственном модуляторе света затем подвергается обратному преобразованию Фурье объектива для формирования корреляционного выходного сигнала. Выходное изображение принимается CMOS2 и оценивается корреляция изображения. Можно обнаружить, что корреляция пики на выходе корреляции, сформированные одним и тем же изображением распознавания, относительно очевидны. Очевидно, интенсивность корреляционных пиков, сформированных разными изображениями, относительно тусклая, что согласуется с теоретическим выводом операции корреляции Фурье, приведенным выше:

Рис. 4. Выходное изображение корреляции, наблюдаемое с помощью CMOS2, тот же выходной сигнал корреляции шаблонов (слева) и другой выходной сигнал корреляции шаблонов (справа)

       В процессе построения системы и проверки образа необходимо учитывать следующие моменты:

1. Оптический путь от двух прозрачных объектов, которые необходимо идентифицировать, до линзы с преобразованием Фурье должен быть равен и равен 1-кратному фокусному расстоянию задней линзы;

2. Расстояние между двумя линзами с преобразованием Фурье и задней целевой поверхностью КМОП должно быть в 1 раз больше фокусного расстояния;

3. Расстояние между плоскостью жидкокристаллического пространственного модулятора света и задней линзой должно быть в 1 раз больше фокусного расстояния;

4. Когда CCD1 преобразует совместный спектр Фурье в совместный спектр мощности преобразования, отрегулируйте яркость или параметры КМОП так, чтобы на изображении спектра были видны очевидные интерференционные полосы, что помогает более точно наблюдать связанные изображения.

Рекомендации

• [1] Ван Янь, Юань Сучжэнь, Ло Юань, Экспериментальное руководство для специалистов по оптоэлектронной информации [M], Пекин: Science Press, 2020: 108-110.
• [2] Р.Л.Ванг, Комбинация FT и WT для распознавания отпечатков пальцев [J], Wavelet Application, 1994(2242):260-270.
• [3] А.К.Алкаллаф, Секвенирование ДНК с использованием оптического совместного преобразования Фурье[J], Optik.2016(127):1929-1936.