Исследование когерентного динамического вейвлет коррелятора изображений
Диссертация
Для успешной конкуренции оптических вейвлет корреляторов с их электронными аналогами, необходимо, чтобы скорость их работы была выше, чем скорость работы электронных устройств. Высокое быстродействие при этом принципиально ограничивается быстродействием устройств ввода-вывода, а также параметрами используемой голографической среды. Из существующих ДГС, таких как фоторефрактивные кристаллы (ФРК… Читать ещё >
Содержание
- 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
- 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 Люгта 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
- 2. 1. Математическая модель оптического вейвлет коррелятора изображений
- 3. 1. Динамические голографические среды
- 3. 1. 1. Формирование голограмм в объемных средах
- 3. 2. 2. Фоторефрактивные кристаллы
- 3. 2. 3. Жидкие кристаллы
- 3. 2. 4. Бактериородопсин
- 3. 2. 5. Кристаллы CdF2: Ga с бистабильными примесными центрами, как новый класс сред динамической голографии
- 3. 2. Схема лабораторного макета исследуемого динамического коррелятора совместного преобразования на основе кристаллов CdF2: Ga
- 3. 3. Экспериментальное исследование лабораторного макета динамического коррелятора совместного преобразования
- 3. 4. Архитектура предлагаемого динамического вейвлет коррелятора изображений на основе кристаллов CdF
Список литературы
- Якушенков Ю.Г. Теория и расчет оптико-электронных приборов.-М.: Логос.- 2004.-с. 472.
- Шапиро Л., Стокман Дж. Компьютерное зрение. М.: БИНОМ.- 2006.- с. 752.
- Стариков Г. А. Исследование оптического вейвлет-процессора // Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. — С-Пб.: изд. СПбГТУ.- 2000.
- Лавров. А.П. Оптоэлектронные процессоры радиосигналов с использованием сканирующих ПЗС-фотоприемников // Диссертация на соискание ученой степени доктора физико-математических наук, — С-Пб.: изд. СПбГТУ, — 2000
- Информационная оптика: Учебное пособие / Н. Н. Евтихеев, О. А. Евтихеева, И. Н. Компанец и др./ Под ред. Н. Н. Евтихеева / М.: Издательство МЭИ, — 2000. — с. 612.
- Кулаков. С.В. Акустооптические устройства спектрального и корреляционного анализа. -Л.: Наука, — 1979.- с. 326.
- Гудмен Дж. Введение в фурье оптику. Пер с англ. Под ред. Г. И. Косоурова.-М.:Мир.-1973.-С.-364.
- Ауслендер А.Л., Левин Г. Г. Инвариантность к маштабу и повороту входногосигнала в голографических устройствах распознования. // Материалы школ по голографии. М, — 2002.
- Gradshteyn I. S., Ryzhik I. М., Mellin Transform. San Diego, CA.: Academic. Press.- 2000.-pp. 1193−1197.
- Астафьева H. M. Вейвлет-анализ: основы теории и примеры применения. УФВ 1996, Т. 166, № 11, с. 1145−1170.
- Чуй К., Введение в вейвлеты, пер. с англ. Жилейкина Я. М. М: Мир.- 2001.
- Daubechies I., Ten lecture on wavelets, Society for industrial and applied mathematics, Philadelphia, Pennsylvania.- 1992.
- Витязев В. В., Вейвлет анализ временных рядов: Учеб. пособие. — СПб.: Изд-во С.-Петерб. Ун-та.- 2001, — с. 58.
- Новиков Л. В. Адаптивный вейвлет анализ сигналов.- Научное приборостроение.- 1990. — Т.9. № 2. — с.30−37.
- Yolong Sheng, Danny Roberge, Harold H. Szu, Optical Wavelet Transform// Opt. Eng. 1992.-Vol.31 (9).-pp. 1840−1845.
- Yao Li, Harold H. Szu, Yulong Sheng, H. John Caulfield. Wavelet Processing and Optics. Proc. of the IEEE 1996, — Vol. 84(5).- pp. 720−732.
- Yu F.T.S., Lu G., Short-time Fourier transform and wavelet transform with Fourier — domain processing //Appl. Opt.- 1994,-Vol. 33(23).- pp. 5262−5270.
- Gheen G., Cheng L.J., Optical correlators with fast updating speed using photorefractive semiconductor materials // Appl. Opt.- 1988.- V.27.- № 3.- pp. 2756.
- Colin J., Landru N., Laude V., Breugnot S., Rajbenbach H., Huignard J.-P., High-speed photorefractive joint transform correlator using nonlinear filters // J. Opt. A: Pure Appl. Opt.-1999.-Vol. l.-pp. 283.
- Ryf R., Montemezzani G., Gnter P., Grabar A. A., Stoika I. M., and Vysochanskii Yu. M., High-frame-rate joint Fourier-transform correlator based on Sn2P2S6 crystal '// Opt. Lett.- 2001.-V.26.-№ 21.-p. 1666.
- Shcheulin Yu. M., Ryskin A.I., Swiatek K., Langer J.M., Deep-shallowtransformation of bistable centers in semiconducting CdF2 crystals// Phys. Lett.A.-1996.-V.222.- № 1−2.- pp.107−112.
- Щеулин А.С., Ангервакс А. Е., Рыскин А. И., Запись динамических голограмм в полупроводниковом кристалле CdF2:In //Оптика и спектроскопия.-2004.-Т.97.- № 5.- с.799−803.
- Shcheulin A.S., Ryskin A.I., Swiatek К., Langer J.M., Deep-shallow transformation of bistable centers in semiconducting CdF2 crystals // Phys. Lett. A.- 1996 V. 222.- № 1−2.- pp. 107−112.
- Ангервакс A.E., Димаков C.A., Климентьев С. И., Рыскин А. И., Щеулин А. С., Динамическое обращающее волновой фронт зеркало на основе кристаллов CdF2 с бистабильными центрами // Оптика и спектроскопия. 2005.- Т. 98.- № 6, — с. 1017−1020.
- Elias P. Optics and communication theory // J. Opt. Soc. of Amer.-1953.- Vol. 43. p. 229−241.
- О’Нейл Э. Введение в статистическую оптику. М.:Мир, — 1966.
- Cutrona L.G., Leith E.N., Palermo S.D. et al., Optical data processing and filtering systems//IEEE Trans. Inform.Theory.-1960.-vol. IT-6. pp. 386−410.
- Leith E.N. Photographic film as an element of a coherent optical system // Phot.Sci.Eng.-1962.-Vol.6.-№ 2. pp. 75−80.
- Марешаль А., Франсон M. Структура оптического изображения. M.: Мир.- 1964.
- Vander Lugt A. Signal detection by complex spatial filtering // IEEE Trans. Inform. Theory.-1964, — vol. IT-10, — № 2. pp. 139−145.
- Акаев A.A., Майоров C.A. Когерентные оптические машины.- Л.:Машиностроение.-1977.-е. 440.
- Nekrasov V.V., Zborovsky А.А., Tzukerman E. V., Shlyak F.D. Real-time coherent optical correlator for mashine vision system // Opt. Eng.- 1992. Vol.31(4).- pp. 789−793.
- Seung-Hyun Lee, Ho-Byoung Chae, Sang — Yi Yi, Eun-Soo Kim. Optical fingerprint identification based on binary phase extraction joint transform correlator // Proc. SPIE. -1996.-Vol.2756.- pp. 224−231.
- Rajbenbach H., Touret C., Huignard Jean-Pierre. Fingerprint database search by optical correlator // Proc. SPIE.- 1996.- vol 2752. pp. 214−223.
- Оптическая обработка информации. Применения / Под ред. Д. Кейсесента / М.:Мир.-1980.-c.350.
- Weaver С. S., Goodman J. W., A technique for optically convolution two functions// Appl. Opt.-1966.- Vol. 5(7).- pp. 1248 1249.
- Передача и обработка информации топографическими методами / С. Б. Гуревич, В. Б. Константинов, В. К. Соколов, Д.Ф.Черны- Под ред. С. Б. Гуревича.-М., Сов. радио, 1978,-304 с.
- Vander Lugt A. The effects of small displacements of spatial filters // Appl. Opt.-1967.- V.6.-№ 7.-pp. 1221.
- Соколов B.K., Согласованная пространственная фильтрация // Материалы третьей Всесоюзной школы по голографии, ФТИ, Л., 1971, С. 109−124.
- Браверман Д., Теория опознования образов. В кн. Статистическая теория связи и ее применение, М.: Мир.- 1967.
- Ковалевский В.А. Читающие автоматы. — К.: Наукова думка.- 1965.
- Павлов А.В., Влияние геометрических искажений на корреляцию изображений // Опт. и спектр.-Т.70, № 6.-1991.-С. 1337−1341.
- Шубников Е.И., Кулешов A.M., Влияние изменения масштаба и поворота изображения и сдвига фильтра на величину сигнала в голографическом корреляторе // Опт. и спектр.-Т.51, № 1.-1983.-С. 161−165.
- Василенко Г. И. Голографическое опознование образов. М.: Сов.радио. — 1977. — С. 328.
- Колфилд Г. Оптическая голография. Том 2, Под ред. Гуревича С. Б., — М.: Мир.- 1982
- Ковалевский В.А. Методы оптимальных решений в распознавании изображений. М.: Наука.- 1976.-328 с.
- Шанин В.И. Исследование возможности оптической согласованной фильтрации для контроля геометрии деталей в точном приборостроении. Оптико-механическая промышленность.- 1982.- Т. 7.- с. 15−17.
- Кольер Р., Беркчарт К., Лин Л. Оптическая голография.- М.: Мир.- 1973.- с. 686.
- Vander Lught A., Rotz F., Klooster A., Optical and Electro-Optical Information Provessing, MIT Press, Cambridge, Massachusetts.- 1965.- pp. 125−141.
- Кулешов A.M., Павлов A.B., Шубников Е. И., Влияние наклона изображения на сигнал голографического коррелятора // Опт. и спектр.-Т.59, № 2.-1985.-С. 415−419.
- Колфилд Г. Оптическая голография. Том 1, Под ред. Гуревича С.Б.- М.: Мир.- 1982
- Feng J. Н., Chin G. F., Wu M. X., Yan S. H., Yan, Y. B. Multichannel joint transform correlator // Proc. SPIE.-1994.- Vol. 2297.- pp. 316 324.
- Dammann H., Gortler K., Hight efficiency in-line multiple imaging by means of phase holograms // Opt. Commun.-1971.- № 72.- pp. 157 — 162.
- Vander Lught A., Appl. Opt.- 1966, — № 5.- pp. 1760 1765.
- Casasent D., Psaltis D., Scale invariant optical transform // Opt. Eng.-1976.- Vol. 15.- № 3.-pp.258 —261.
- Erbach P. S., Gregory D. A., Scale invariant optical Mellin wavelet joint transform correlator // Proc.SPIE.- 1996, — Vol. 2752.- pp. 69 — 77.
- Yuan-Neng Hsu, Arsenault H., Optical pattern recognition using circular harmonic expansion // Appl.Opt.-1982.- Vol. 21.- № 22.- pp.4016 4019.
- Grossmann A., Morlet J., Decomposition of Hardy functions into square integrable wavelets of constant shape, SIAM J. Math. Anal., 15 1984- pp. 723−736.
- Дремин И. M., Иванов О. В., Нечитайло В. А., Вейвлеты и их использование // УФН.-2001.-Т. 171.-№ 5.- с.465 501.
- Афанасьев В.Н., Анализ временных рядов и прогнозирование // Финансы и статистика.-2001.- с. 228.
- Мала С., Вейвлеты в обработке сигналов // М.: Мир.-2005.-с. 658.
- Смоленцев Н.К., Основы теории вейвлетов. -М.:ДМК Пресс.-2005.-c.304.
- Feng W., Yan Y., Jin G., Minixian Wu, He Q., Wavelet transform to improve recognition accuracy of a volume holographic correlator, Proc. SPIE.-1999.- Vol. 3749.- pp. 211 212 pp.
- Tripathi R., Pati G.S., Singh K., Image feature extraction using joint transform correlator based Haar wavelet processor // Proc. SPIE.-1999.- Vol. 3666.- pp. 606 — 610.
- Wang D., Feng S., Jiangm Z., Tao S., Rotation invariant volume holographic correlator by combining the synthetic discriminant function and wavelet filtering // Proc. SPIE.- 2006.- V. 6027.-pp.B-1 B-6.
- Freysz. E., Pouligny. В., Argoul F., Arneodo. A, Optical wavelet transform of fractal aggregates // Phys. Review Lett.- 1990.- № 64.- pp. 745.
- Francis T.S. Yu, Suganda Jutamulia. Optical pattern recognition // Cambridge University Press. 1998. pp. 460.
- Yang X., Caviris N. P., Wen M., Optical wavelet correlators for cluttered target identification // SPIE. -1994.- Vol. 2237.- pp. 402−418.
- Wang W., Chen Yu, Cuipling Liang, Miao Hua, Hybrid optoelectronic joint transform correlator fotthe recognition of target in cluttered scenes//Proc of SPIE.-2005.-V.5642.-pp.204- 212.
- Henri H. Arsenault, Garcia — Martinez P., Invariance and image processing // Proc. SPIE.-2006, — Vol. 6027.- pp. 1 7.
- Wenyi Feng, Yingbai Yan, Guofan Jin, Minxian Wu, Qingsheng He, Wavelet transform to improve recognition accuracy of a volume holographic correlator // Proc of SPIE.-1999.-Vol. 3749.-pp. 211 -212.
- Гонсалес P., Вудс P., Эддинс С., Цифровая обработка изображений в среде Matlab.- М.: Техносфера.- 2006. с. 616.
- Яковлев А. Н., Введение в вейвлет — преобразования: Учеб. пособие. Новосибирск: Изд-во НГТУ.- 2003.-с. 104.
- Баскаков С. И. Радиотехнические цепи и сигналы. М.: Высшая школа, 2000, глава 2, разд 2.6. «Вейвлет анализ». — с.65−68.
- Renu Tripathi, G.S. Pati, Kehar Singh, Image future extraction using joint transform correlator based Haar wavelet processor // Proc of SPIE.-1999.- Vol. 3666.- pp. 606 — 610.
- Henri H. Arsenault, P. Garcia Martinez, Invariance and image processing // Proc. of SPIE.-2006.- Vol. 6027, pp. 1 — 7.
- Wenyi Feng, Yingbai Yan, Guofan Jin, Minxian Wu, Qingsheng He, Wavelet transform to improve recognition accuracy of a volume holographic correlator // Proc of SPIE.- 1999.- Vol. 3749, pp. 211−212.
- Слуцкин А. А. Микрофильмирование.- M.: Наука.- 1990.
- Шеклеин А. В. Фотография.- 1994.- № 2.- С. 40.
- Nicholson M. G., Cooper I. R., McCall M.W., Petts C.R., Simple computation model of image correlation by four-wave mixing in photorefractive media // Appl. Opt.- 1987.- Vol. 26, — № 2, — pp. 278−286.
- Gregory Gheen, Li-Jen Cheng, Optical correlators with fast updating speed using photorefractive semiconductor materials // Appl.Opt.-1988.- Vol. 27.- № 13.- pp. 2756 2761.
- Zhang H., Cartwright С. M., Ding M. S., Gillespie W. A., Optical implementation of a photorefractive joint transform correlator with wavelet filters // Opt. Comm.-2000.- Vol. 181.-pp.223 — 230.
- Salazar A., Goes R., Sierra D., Garzon J., Perez F., Lorduy H., Optical wavelet correlator by foure wave mixing via reflection hologram in a BSO crystal // Opt. Comm. — 2004.- Vol. 239.-pp.287 -296.
- Duncan Т. H. Liu, Li-Jen Cheng, Real-time Vander Lught optical correlator that uses photorefractive GaAs // Appl.Opt.-1992.- Vol. 31.- № 26.- pp. 5675 5680.
- Микаэлян A.JI., Оптические методы в информатике: Запись, обработка и передача информации. М.: Наука.- 1990. — с. 232.
- Ashkin A., Boyd G.D., Dziedzic J.M., Smith R. G., Ballman A. A., Levinstein J. J., Nassau K., Opticall- induced refractive index inhomogeneities in LiNb03 and LiTa03 // Appl. Phys. Lett.-1966.-Vol. 9, — № 1, — pp. 72−74.
- Hesselink L., Bashaw M.C., Optical memories implemented with photorefractive media // Optical and Quantum Electronics.-1993.- Vol. 25.- № 9.- S611-S661.
- Петров М.П., Степанов С. И., Хоменко A.B., Фоторефрактивные кристаллы в когерентной оптике.- СПб.: Наука, — 1992.- с. 320.
- Hampp N., Brauchle Ch., Oesterhelt D., Bacteriorhodopsin wildtype and variant aspartate-96 asparagine as reversible holographic media // Biophysics Journal. -1990.- Vol. 58.- № 1.- pp. 83−93.
- Всеволодов H.H., Биопигменты-фоторегистраторы: Фотоматериал на бактериородопсине. М.: Наука.- 1988. — с.224.
- Hampp N., Bacteriorhodopsin as a photochromic retinal protein for optical memories // Chemical Reviews. 2000. — Vol. 100.- № 5.- pp. 1755−1776.
- Кожевников H.M., Королев A.E., Связь голографических и спектроскопических характеристик реверсивных фоточувствительных сред, содержащих бактериородопсин // Оптика и спектроскопия. 2002.- Т. 93.- вып. 4, — с. 681−685.
- Zeisel D., Hampp N., Spectral relationship of light-induced refractive index and absorption changes in bacteriorodopsin film containing wildtype BRwt and the variant BRd96n H Journal of Physical Chemistry.- 1992,-Vol. 96,-№ 19.- pp. 7788−7792.
- Hampp N., Thoma R., Biological photochrome bacteriorhodopsin and itsgenetic variant Asp96—>Asn as media for optical pattern recognition //Appl.Opt.-1992.-V.31.-№ 11.-pp. 1834−1841.
- Thoma R., Adaptive bacteriorhodopsin-based holographic correlator for speed measurement of randomly moving three-dimensional objects//Opt.Lett.-1994.-V.19.-№ 17.-pp. 1364−1366.
- Ангервакс A.E. Кристаллы фторида кадмия с бистабильными примесными центрами как среды голографии в реальном времени // Диссертация на соискание ученой степени кандидата физ. мат. наук.//СПб.- 2006.
- Щеулин А.С., Закиров Р. Я., Серов Т. В., Ангервакс А. Е., Рыскин А. И., Аддитивное окрашивание кристаллов фторида кадмия // Оптический журнал.-2006.- Т. 73, — № 11, — с. 3−7.
- Weller P.F., Semiconductivity in Cdi. xCaxF2:In3+ single crystals // Inorg. Chem.-1966.- Vol. 5,-№ 5,-pp. 739−743.
- Dmochowski J.E., Jantsch W., Dobosz J., Langer J.M., Gallium a second bistable impurity center in CdF2 // Acta Phys. Polonica, A73.-1988.- № 2, — pp. 247−249.
- Щеулин A.C., Ангервакс A.E., Рыскин А. И., Линке Р., Новый класс голографических материалов на основе полупроводниковых кристаллов
- CdF2 с бистабильными центрами: III. Механизмы записи и распада голографических решеток // Оптика и спектроскопия. -2002.- Т. 92.- № 1.- с. 141−149.
- Uesu Y., Yasukawa К., Saito N., Itoh S., Odoulov S., Shcherbin K., Ryskin A.I., Dynamic grating recording in semiconductor CdF2: GaY//J.Opt.Soc.Am.B.-2003.-Vol.20.-№ 9.-pp.l905−1911.
- Yu F.T.S., Wu S., Rajan S., Gregory D.A. Compact joint transform correlator with a thick photorefractive media // Appl. Opt.- 1992, — V. 31.- № 14, — pp. 2416.
- Баранова З.И., Котов А. В., Русско-китайский словарь,— М.: Живой язык. 2008. — с.568.
- William J Hossack, Eirini Theofanidou, Jason Crain, Kevin Heggarty, Martin Birch, Highspeed holographic optical tweezers using a ferroelectric liquid crystal microdisplay // Optics Express.- 2003.- V.- 11, — № 17.- pp. 2053−2059.
- T. Ewing, S.A. Serati, K. Bauchert, Optical correlator using four kilohertz analog spatial light modulators // Proc. of SPIE. 2004.- V. 5437. — pp. 123−133.
- Щеулин А.С., Верховский Е. Б., Ангервакс A.E., Рыскин А. И., Запись информационных динамических голограмм в кристалле CdF2:In // Опт. и спектр. 2005.-Т.99.- № 5.-С.835−837.
- A.I. Ryskin, A.S. Shcheulin, В. Koziarska, J.M. Langer CdF2: In a novel material for optically written storage of information // App/ Phys. Lett. 1995. — V. 67.- № 1.- pp. 31−33.