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光学图像识别原理

2023-12-14 11:28| 发布者: | 查看: |

概述

光学图像识别是一种利用光学技术对图像进行处理和分析的方法,它可以用于图像识别、目标跟踪、形状分析等领域。光学图像识别的基本原理是将图像转换为灰度图像,然后对其进行处理,提取出所需的特征,最后使用分类器进行分类。

光学信息处理是指在光学图像的产生、传递、探测和处理等各个环节中光学信息的提取、编码、存储、增强、去模糊、光学图像和特征识别以及各种光学变换等。它既包含光信号的频域处理,又包含光信号的空域(图像本身所在的空间)处理;被处理的光学图像,既可由相干光(如激光)照明,还可由非相干光(如自然光)或部分相干光照明,对应的系统分别称为相干光处理系统、非相干光处理系统和部分相干光处理系统。

1.相干光学匹配空间滤波器

相干光学匹配空间滤波器是一种基于相干光学处理的图像处理方法,其基其基本原理是通过将输入函数与滤波器进行卷积运算来产生带电光场。在频谱面上插入滤波器后,会产生特定的输出。

此外,还有一种正弦光栅的使用策略,物A和物B分别在像面上出现三幅图像,可以通过精细位移正弦光栅滤波器连续改变这些图像之间的位相差,当位相差δ=0,2π时,可以进行有效的信息处理。此系统具有方向特性,如果物图像中存在线状构造,则其功率谱是沿着与此线状结构正交的直线方向分布。这种技术被广泛应用于图像识别、特征识别等领域。例如,一种空间滤波器系统在FRED中模拟了一个相干准直的He-Ne激光束,创建了直径为6mm的椭圆孔径内的21*21条光线组成的光源,通过焦距为52mm的平凸透镜后,空间滤波器放置在焦点上。

2.用全息法制作复数滤波器

全息法制作复数滤波器的过程实际上就是制作一张傅里叶变换全息图。首先,部分光线照射到透明胶片上,其复振幅透过率分布等于所需的脉冲响应h。然后,通过棱镜折射获得参考光,胶片上的曝光强度分布H(x,h)。另一部分准直光从模片P1之上通过,经过棱镜P以角度入射到胶片上。在线性记录条件下,胶片的复振幅透过率正比于曝光光强。最后,P3平面上输出场的分布是逆傅里叶变换的结果。

此外,还需要制作逆滤波器,这一步可以通过普通照相法来完成。在计算傅里叶变换全息的过程中,被记录的复数波面是物波函数的傅里叶变换。这种全息技法再现的是物波函数的傅里叶谱,所以需要得到物波函数本身,需要在空间光调制器出射场后通过透镜再进行一次傅里叶逆变换。

全息法制作的复数滤波器具有广泛的应用前景,例如在微电路检测、粒度分析、透明场测量等小孔径、小视场对象测量和细胞观测等显微测量方面都有应用。

3.联合变换相关识别

联合变换相关识别是一种在光学信息处理领域被广泛研究的技术,它主要依赖于光学相关器的高度并行、大容量和快速处理特性,用于自动识别图像和特征。这项技术在工业上的应用包括识别卫星遥感图像中的特征地形地貌,文件和信用卡上的签字,以及现场指纹和大量档案指纹的比对。在军事领域,它则用于识别空中和地面目标。

具体来说,联合变换相关器的运行原理涉及到联合傅里叶变换,即将输入图像与滤波器进行卷积运算来产生带电光场,然后在频谱面上插入滤波器后,会产生特定的输出。此外,还需要制作逆滤波器,这一步可以通过普通照相法来完成。逆滤波器的目的是得到物波函数本身,需要在空间光调制器出射场后通过透镜再进行一次傅里叶逆变换。

近年来,研究者一直在尝试优化联合变换相关识别的性能。例如,有研究者提出并研制了一种平方律功率谱滤波器,这种滤波器的透过率只与极径的平方成正比,适用于任何图像。该滤波器大大改善了相关输出,主要体现在信噪比、峰值旁瓣比大大增加,相关峰的宽度、半宽度均变得非常锐。另一种优化方法是从图像的频域处理入手,通过对功率谱的放大处理来提高互相关峰的强度,用高通滤波器来强化图像高频部分,提高互相关峰的锐度。

文章来源:信息光学

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