Оптический коррелятор для распознавания образцов

СОЮЗ СОВЕТСКИСОЦИАЛИСТИЧРЕСПУБЛИН 51)5 С 06 1 3/00 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТГ)О ИЗОБРЕТЕНИЯМ И. ОЩРЫТИЯМГ 1 РИ ГКНТ СССР ЕТЕНИЯ. ИСАНИЕ ИЗОБР ОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ ржкие рвомуссоглаого:м корреИзобретение относ статистических метод случайных процессов аналогово-цифровыми найти применение для образов в реальном Известен аналого тронный коррелятор,принципах оптическоГ рмацииЭтот прибоится к областиов обработкианалоговыми нметодами и может;распознавайиямасштабе времени.ый оптикоэлек-"основанный наобработки ин"р содержит источ" ник света, дватранспаранта, колли" матор, диафрагму, объективы и фото1 приемник.Этот оптический коррелятор относится к аппаратурным средствам корре" ляционного анализа случайных процессов, записанных на фотоносителеи характеризуется;малым быстрбдействи" ем, обусловленным задержкой иа время обработки фотоносителя, значительным фо 1 2(2) 2628207/18-24 . управляемые линии задержки и блой. (22); 4.06.78 управления, выходы которого сбедииены 1 (4) 07,03,90, Бюл. Р 9 с управляющимивходами электронных(71) Тбилисский филиал ВИИИ метроло- " коммутаторов и управляемых лийий загни им. Д.ИМенделеева " : держки, входы которых подключены к(72) Е.И.Рабиновичвыходам, соответственно первого и вто- (53) 681.333 (088.8) рого коммутаторов, входы которых сое" (56) 5 овинский В.н, и Арховский В.Ф, динены соответственно с выходами пер" Корреляционные устройства. - М вой и второй матриц, фотоприемников Энергия, 1974, с. 160-174, ,. йыходы управляемых линий задеАвторское свидетельство СССРподключены соответствейно кп В 695360, кл, С 06 С 9/00, 1977. и в 1 орому входам усилителя ра (54)(57) ОПТИЧЕСКИЙ КОРРЕЛЯТОР ДПЯ сования, оптический вход йерй РАСПОЗИАВИПЯ ОБРАЗОВ, содержайЩ". светоделителя является входо " амплитудный модулятор света, электри-лятора, первый оптический выход перческий вход которого подключен к уси- вого,светоделителя связан со вхоцом лнтелю рассогласования, а оптический первой матрицы фотоприейников, второй .вход связан с выходом первого колли- оптический выход связан со входомматора, второй и третий коллиматорй; . первого коллиматора, вчход амщштудматрицы фотоприемников, светоделите ного модулятора света через второй ли, .о т л и ч а ю ж и й с я тем, . светоделитель второй коллиматорчто, с целью расвирения фуикциональ- связан со входом третьей матрицы ,;ных возможностей путем обработки фотоприемников, второй оптический двумерных изображений в реальном вре- . выход второго светоделителя через мени, в . оптический коррелятор введе- третий коллиматор связан со входомиы два электронных коммутатора, две второй матрицы фотоприемников,716403 расходованием носителя вследствие.его однократного использования иметат высокую стоимость из-за наличиядорогостоящих оптических элементовЬс. высоким классом точности обработкиповерхностей, Он имеет ограниченныефункциональныевоэможности и узкийкласс решаемых задач, т.е, обеспечивает нахождение корреляции междуданным иэображением и эталоном, ноне позволяет находить корреляйибнныезависимости между элементами самогоанализируемого изображения.Известен многоканальный оптический 5коррелятор, принятый.эа прототип,который работает беэ записи входныхсигналов а носитель информации ислужит длянахождения корреляционныхзависимостей между двумя электричес"кими сигналами, преобразованными дляэтого посредством множества преобразователей электрического сигнала воптический и световые потоки. При,этом одиниз электрических сигналов 25поступает на преобразователь непосредственно, а второй - черезнаборнз параллельйых электрических лиьийэадержКи поступает на соответствующее количество преобразователей.. В устройстве-прототипе примененамплитудный модулятор света, электрический входкоторого подключен кусилителю рассогласования, а оптичес-кий вход связан с выходом первогоколлнматора, Прототип содержит второй Зн третий коллиматоры, матрицы Фото-приемников и светоделнтели.В этом корреляторе световое излучение от данных преобразователей посредством световодов пропускается далее через амплитудйьв модулятор света, управляемый от усилителя рассо,гласования.Прй этом на выходе вйходного коллнматора, образованного световодами,получают после параллельного интегрирований пб времени одновременнои точек вэаимокорреляционной функциидвухэлектрических сигналов в реаль-ном масштабе времени, , 50Иедостатком устройства-прототипаявляется то, что оно не пригодно для обработки .входных сигналов-изображений,Яе способно вычислять. пространственные корреляционные функции по поверх-.ности иэображения (по элементам изобрааення) в реальном, или квазнреаль-,яом,масштабе времени,4Иежду тем, для решения многих эадйчраспознавания образов необходи- . мо находить и пространственные и временные корреляционные Функции по поверхности анализируемого иэображения (по элементам изображения) в реальном или квазиреальном масштабе времени.В связи с этим, целью изобретения является создание оптического коррелятора, расширяющего Функциональные возможности путем обработки двумер-, ных изображений в реальном времени, ,а также класс решаемых задач оптическими корреляторами.Цель достигается тем, что в опти" .ческий коррелятор для распознавания образов, содержащий амплитудный модулятор света, электрический вход. которого подключен к усилителю рас-. согласования, а оптический вход свя.зан с выходом первого коллиматора, второй и третий коллиматоры, матри-, цы фотоприемников, светоделителн, введены два электронных коммутатора, две управляемые линии задержки и блок управления, выходы которого соединены с управляющими входами электрониых коммутаторов и управляемых линий задержки, входы которых подключены к выходам соответственно первого и второго электронньк коммутаторов входы которых соединены соот- . ветственно с виходамийервой й второй матриц фотоприемников, выходы управ ляемых линий задержки подключены .соответственно к первому и второму входам усилителя рассогласования, оптический вход первого светоделнтеля является входом коррелятора, первый оптический выход первого 1 ветоделителя связан со входом первой матрицы фотоприемников, второй оптический выход связан со входом первого коллиматора, выход амплитудного модулятора света, через второй светодели . тель, второй коллиматор, вторбй кол- лиматор связан совходом третьей матрицы фотоприемников, второй оптический .вцход второго светоделнтеля через третий коллиматор связан со входом второй матрицы Фотоприемников,На чертеже изображен оптический коррелятор.Входное изображение 3 поступает " на светоделитель 2, где его световой поток делится на две части, Часть, прошедшая через светоделнтель 2, про7164036ходит далее через коллцматор 3 и да- циент передали, амплитудного модуля"лее через амплитудный модулятор све- тора света.та 4, на выходе которого установлен Данный световой поток вновь десветоделитель 5, где световой поток 5 лится светоделителем 5 на две частивновь делится на две части, Часть, в пропорции т фп при этом, часть,прошедшая через светоделитель 5, прошедшая через светоделитель 4, пропроходит далее через коллиматор 6 и ходит далее через коллиматор б, распоступает на матрицу фотоприемниковширяющий пучок света и поступает на7, выходы которых являются выходами 10 матрицу фотоприемников 7, имея светоустройства, вой поток, равный.Часть светового потока, отражен-ная от светоделителя 5, проходит че- . , аф)( ш + п,рез коллиматор В, на выходе которогош(ша 1:(71установлена матрица фотоприемников 15Р ( -- )( в ")Х(й) = Р 1.(У)Х(й) т (2)(ш,+и ) (ш+пд)Выходы матрицы фотоприемников 9подключенМ к электронному коммутато йтру 10, выход которого подключен кЧасть светового потока, отразившаявходу электрической управляемом ли-сся от светоделителя 5, проходит чении задержки 11, ее выход подключен . 20рез коллиматор В, расширяющий пук входу уеилителя рассогласования 12;чок,и поступает на матрицу фотоприема выход последнего подключен к управников 9, имея световой потокляющему входу амплитудного модуля-- фтора света 4 -"уХ ЫЧасть светового потока входного . 25 Хо ") " ш + пизображения 1,отраженная от свето-делителя 2, поступает на матрицу фо- ш(псХстоприемников 13, выходы которых под- . (ш,+п,)(ш+п )ключены к электронному коммутатору14 выход его подключен ко входу 30 щ Р в 1;(У)Х(С)(3).электрической управляемой линии за- шйдерзки 15, а ее выход подключен к Посредством электронного коммутаторадругому входу усилйтеля рассогласо"9 может быть осуществлен выбор ивания 12, Коммутаторы 10 и 14 и :подключение к вхосду"отэлектрическойуправляемые линии задержали 11 и 15 З 5 линии задержки 1 О любого элеменТаподключены через соответствующие бло- иэображения 1 Х; (е), имеющего пбслеки к блоку управления 16., ,: . преобразования матрицей фотоприемниУстройство работает следующим , ков 9 .следующий эквивалент:образом.ш(Входное изображение 1 Х(й) 40 3ш1(1 у(у;," (с (тт) (, 2,т 2 посту- (, ) (, 2. , и, , (4)пает на светоделитель 2, где делится ггдеЫпостоянные коэффициентына две части в пропорции ш,; и гдепреобразования фотоприемников матриш,Я)ш,+и," прошедюий световой поток 45 цы 9. Обычно К 1 Ы поэтомуу(,1 (с) - о Р 1 с(Ъ ) Х (С)а - отраженный, причем ш я и .. "ф1,1 1,2,п, (5)Прошедший световой поток проходитчерез коллиматор 9, сужающий диаметртрическую .управляемую линию заце жкнпучка,и. через амплитудный модулятор,света 4 с выхода которого на вход 11 ф где задерживается на варьируем.светоделителя 5 поступает световойвремя ь,С выхода электрической управляе т(ХЕ 155 мой линии задержки 11 данный элекХ (е)Р в " -Ф 1 с(Ч), (1) .трический сигнал 1 1(й-) поступае 1Г на вход усилителя рассогласования .12,где Р - постоянный коэффициент потерь . 1 асть светового потока нзображесвета, а М(Ч) - изменяющийся коэффи"ния 1, отраженная от светоделителя( ) Х "1 Х(,) (9) 40Шай Х 3 РЪи Х,; ( -Ч)Осуществляя интегрирование (9) в плоекости выходной матрицы фотоприемников 7 могут быть получены функционалы-видав45Х,я, б) о/ц Х - "-2:ЙХИ)боаябой 1,Ч О 2 ЬС, , пМЭ5013, 1 с, 1 ив 1, 2,е. , 1 б 1 хек, Число точек 0 обусловлено способом выделения (1 с, 1).-го и (1, 1)-го элем"ентов "из ображения.Управление работой электронных55 коммутаторов 1 О и 14, а также элек" трическиМ варьируемьмй линиями задержки 1 1 и 11 осуществЛяется от бло- "- ка 16 уЪравлоейия. Пространственно 771 б 40"2, поступает на матрицу фотоприемников 13.Посредством электронного коммута. тора 14 может быть осуществлен выбори подключение к входу электрической" управляемой линии задержки 15 любоговлемеите ивобреиеиия Х;1 Е)1, имеющего После преобразования матрицейфотоприемников 13 следующий электрический эквиваленте1 п1 (Е) - -- -Х (с)31, ш+и, 1 Р 1 ф15б 3 .1 юг.О (б)где; 1 постоянные коэффициенты преобразования фотоприемников матрицы.11 мф 1, 2,0 в (7)Сигнал (7) йроходит через электрииеческую уйравпяемую линию задержки 15, 25,"ГдЕЧ ЗчайЕржИВаЕвтеяо На уйраВЛяЕМОЕвремя Ч,С выходаданного блока 15 сигнал1, (й-Ч) поступает на второй входус 1 цяттеля рассогласования 12, Вследствие наличия отрицательной обратнойсвязи с вьпсода амплитудного модуля тора света 4 на его управляющий вход,автоматически поддерживается баланссхемы, .при котором 1," а 1,1 итлй1 с(Ч)- "ф, - - -х - - в - (8)пп Х)с Ге-ЬафР Х; (е Ч)Отсюда, с учетом (2) получим: 3 8временное интегрирование осуществляется на матрице фотоприемнйков 7,установленной на выходе устройства,.Если Установлено Сь, Х ссопелеТогда, в соответствии с (1), на выходах матрицы фотоприемников 7 послеинтегрирования в течение времени Т,будет. одновременно получено (О - 1) .точек временных взаимокорреляционныхфункций и" одна точка автокорреляционной функции йо поверхности изображения:бК;(е,") - с 3 Х,(е-)Х+1(е)1 е,3 ", 2, , 1- 0,1,г,ь.1Посредством перебора индекса мо)щополучать М-раз (для всех элементоввходного изображения) наборы из Кфункций вида (11) (О точек для 0Функций).Гели вновь подать иа вход коррелятбра реализацию изображения,в.течение времени Т то варьируя всякий .раз величину )с(1 с б 1,2) посредством управляемой линии задержки;1 1, можно получать новые точки1 с(е,Ф) времешьи взаимо- и автокорреляционньи функций элементов изображения, соответствующих разным вредменным сдвигам с, Набор из ТакихФункций-точек Р.(й с, ) для каждойпары элементов Х и Х;+ представляет собой точки временной взаимо- иавтокорреляционной функции для элементов изображения Хи Х ыр,Дпя любого фиксированного моментавремени 1 могут быть найдены корре"ляционные функции по поверхности.иэображения для кждого элеманта, .если не проиэводить интегрированияпо времени, как в (11 и установитьлс Ов Функции-точки этих корреля"ционньи функций есть:ККИ, 1) -; Х;(с)Х(1+1)б1 ю1 с -1,201 012 О.Очевидно, всего будет 0 таких кор-реляционных функций по поверхностидля 0 точек. ЕсЛи раскрыть выражение(2), то станет видно, что его мож+но вычислять по столбцам, при этом,при 1 1 одновременно вычисляютсявсе элементы первого столбца и засылается в память блока 16 управленият1затемпри 12 одновремейио вычисляются все элементы второго столбцаСоставитель В.Жо Техред М.Моргент ский Корректор И,Иуска И.Ленина Редакт43Заказ 1696 Тираж 572 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета пб"изобретениям и.открытия1 13035, Москва, Ж, Раушская наб., д . 4/5В КНТ ССС Гагарина, 101 одственно-иэдательскнй комбинат "Патент", г.ужгор Про9 716403 10и т.д, Затем, для получения функцийлабораторном макете подтвердили еготочек вЦВИ осуществляется суммиро- достоинства,ванне вычисленных коррелятором эле- Технико-экономический эффектментов,. , :данного изобретения заключается вСовмещением обоих рассмотренных том, что данное изобретениесущестрежимов можно моделировать более венно расширяет функциональные возсложные пространственно-временные" можности и класс решаеюм задач оп"зависимости, Электронные коммутаторы тических корреляторов, работающихпозволяют перебирать индексы и. тем 10 в реальном масштабе времени, а такжесамыи моделировать взаимокорреляцион- . допускает мнкротехнологическое кон-"ные функции для любык точек изобра- структивное исполнение и автоматиэижения. Это позволяет обнаруживать рованный процесс производства, чтои распознавать образы инвариантно обеспечивает, создание высоконадежныхот их расположения во входном изоб компактных приборов, годных к эксплуаражении. тации в различных условиях промыа-,Проведенные экспериментальные ис- ленности,и бортовых систем летающихследования данного устройства на- и плавающих объектов.1й