3.5.3. Преобразования в когерентных пучках

Использование когерентного излучения расширяет и обогащает возможности оптической обработки информации.

На рис. 3.13 показана упрощенная схема, объясняющая работу оптического процессора с использованием пространственной фильтрации. На плоскость SBX (входную) направлен параллельный, коллимированный от точечного источника пучок когерентного излучения. Схема включает в себя две сферические собирающие линзы с фокусным расстоянием F, расположенные на расстоянии F и 3F от входной плоскости. Если в плоскости SBX поместить оптический транспарант (например, ЭУТ), формирующий какую-либо картину Фвх, то в соответствии с законами лучевой оптики в плоскости Sвых (выходной или корреляционной) будет воспроизведена картина, перевернутая по отношению к Фвх. В плоскости Sф, которую называют частотной или плоскостью фильтрации, сформируется распределение амплитуды и фазы светового поля, пропорциональное спектру пространственных частот картины Фвх (будет выполнено преобразование Фурье функции Фвх). Любой транспарант, помещенный в плоскости Sф, по существу выполняет функцию пространственного фильтра. Экран с прямоугольным отверстием, например, является двумерным пространственным фильтром нижних частот, непрозрачный прямоугольник — двумерным фильтром высоких частот, узкая щель—одномерным пространственным фильтром низких частот и т. д. Привлекательно применение в качестве пространственного фильтра ЭУТ, что позволяет производить фильтрацию, изменяющуюся во времени.

Подпись: Рис. 3.13. Принципиальная схема пространственной фильтрации

Практически недоступные для ЭВМ возможности открывает использование в системах оптической обработки информации голографических методов. Введение в плоскость Sф голограмм позволяет анализировать пространственный спектр картины, сформированной во входной плоскости SBX, в частности решать такую важную прикладную задачу, какой является распознавание образов.

Выделение нужного объекта включает в себя предварительное изготовление так называемого согласованного фильтра и последующую идентификацию объекта в массиве информации, поступающей на входную плоскость процессора. Предположим, что на странице текста необходимо опознать и определить координату какого-либо знака, например цифры или буквы. Для изготовления согласованного фильтра во входной плоскости SBX помещают транспарант с изображением этого знака. В плоскости Sф сформируется световая волна, соответствующая его пространственному спектру. Если при помощи светоделителя и зеркал на плоскость Sф одновременно направить опорную волну, когерентную с волной, освещающей входную плоскость SBX (схема Вандер Люгта), то в плоскости Sф образуется интерференционная картина, представляющая собой голограмму Фурье-образа объекта, помещенного в плоскости SВХ. Зафиксированная голограмма и представляет собой согласованный фильтр пространственных частот этого объекта. Эта голограмма содержит амплитудную и фазовую информацию о знаке, который изображен на входе, и ее можно использовать для распознавания данного знака. Для этого голограмму-фильтр оставляют в плоскости Sф, убирают опорную волну, а в плоскости SBX помещают страницу с текстом, осветив ее тем же источником света. Голографический метод распознавания образов основывается на том, что если голограмму восстанавливать излучением объекта, который использовался при ее регистрации, т. е. его световое поле использовать в качестве считывающей волны, то при этом будет восстановлено изображение используемого точечного источника. В выходной плоскости SВЫХ, следовательно, в местах, соответствующих изображению заданного знака, появятся изображения источника света, т. е. яркие пятна. Свет, исходящий от других знаков в плоскости SBX, не восстановит изображения точечного источника и в соответствующих местах выходной плоскости свет отсутствует.

Очевидно, что описанным способом можно опознать сколь угодно сложные знаки, целые слова, словосочетания, рисунок, например, отпечатки пальцев, изображение участка местности и т. д. Используя, опять-таки, для записи голограмм реверсивную среду с достаточно высоким быстродействием, можно вести обработку целого массива информации в реальном масштабе времени. Уникальные применения оптических процессоров рассматриваемого типа открываются, если использовать возможность синтеза пространственно-частотных фильтров при помощи ЭВМ.

Введение в оптоэлектронику


*****
Новосибирск © 2009-2017 Банк лекций siblec.ru
Лекции для преподавателей и студентов. Формальные, технические, естественные, общественные, гуманитарные, и другие науки.