Спосіб розпізнавання образів в оптико-цифрових кореляторах

Спосіб розпізнавання образів в оптикоцифрових кореляторах, що складається з процедур вводу еталонного та порівнюваного зображень об'єктів в корелятор, перетворення їх амплітудного пропускання виду Y(x,y) в фазові розподіли виду Ч^(х,у) та реєстрації сигналів розпізнавання, який відрізняється тим, що амплітудному пропусканню виду Y(x,y) еталонного та порівнюваного зображень об'єктів, що належать довільним класам, ставляться в однозначну ВІДПОВІДНІСТЬ, отримані цифровим способом з певних початкових фазових розподілів виду ^ о ( х , у ) , фазові розподіли виду Ч^(х,у) - синтезовані об'єкти, які використовуються далі у процедурі розпізнавання замість реальних об'єктів, причому а) Ч^о(х,у) і Ч-^х, у) належать множині довільних Винахід відноситься до області оптики, зокрема, когерентної оптики, Фур'є-оптики, оптичної обробки зображень та розпізнавання образів Винахід спрямовано на оптимізацію задачі розпізнавання образів підвищення достовірності процедури розпізнавання або ідентифікації в оптико-цифрових кореляторах [1-3] об'єктів довільних класів за рахунок формалізації процедури вибору ознак розпізнавання для цих об'єктів та уніфікації сигналів розпізнавання (кореляції) Задача розпізнавання образів полягає в ідентифікації або порівнянні об'єктів за обраними ознаками Достовірність отриманого результату розпізнавання залежить від точності вибору ознак розпізнавання об'єкта, що погоджені з встановленими критеріями достовірності розпізнавання Розв'язання задачі розпізнавання полягає в отриманні сигналу розпізнавання (кореляційного сигналу) у ВИХІДНІЙ площині (Рг) оптико-цифрового корелятора (фіг1А) шляхом порівняння еталонного та порівнюваного зображень об'єктів, поданих в його вхідну площину (Р-і) Ступінь співпадання об'єктів визначається величиною амплітуди функції взаємної кореляції зображень, нормованої на максимальне значення автокореляційної функції зображення еталонного об'єкта В існуючих системах ідентифікації та оптикоцифрових кореляторах вид кореляційного сигналу залежить від типу об'єктів, а рівень достовірності розпізнавання напряму залежить від вибору ознак розпізнавання, тому на даний момент задача розпізнавання є об'єктно-орієнтованою і її розв'язання для об'єктів довільних класів практично не піддається формалізації Під час реалізації процедури отримання сигналу розпізнавання в оптико-цифрових кореляторах можливе некоректне розв'язання задачі розпізнавання образів - невірна оцінка ступені подібності об'єктів, або хибна їх ідентифікація Найбільш суттєвими причинами, що можуть призвести до такої ситуації є фазових розподілів fp^fx.y)}, k = 1,2 N, значення Ч^(х,у) в точці х,у є результатом інтегрального вкладу всіх точок об'єкта, б) спектральна густина модуля Фур'є-спектра функції Ч-^х, у) у всіх точках спектральної площини близька до const, в) інтеграл кореляції jJ4' 1 (x,y)-4'|(x + x 1 ,y + y.|)dxidyi = 0 , якщо JJY-! (Х, у) - Y2 (х + х1п у + y 1 )dx 1 dy 1 = 0 3 де 1,2 - номери порівнюваного та еталонного об'єктів, ВІДПОВІДНО 00 о (О 60820 1) низьке значення відношення сигнал/шум кореляційного сигналу, 2) значна видозміна Фур'є-спектру об'єкту під час реєстрації голографічних фільтрів з наступним спотворенням форми кореляційного сигналу, 3) складний вид кореляційного сигналу і залежність його форми від того, до якого класу належить об'єкт розпізнавання Підвищення достовірності процедури розпізнавання можливе при застосуванні наступних способів зменшення негативної дії вказаних причин на результат ідентифікації, розпізнавання або порівняння об'єктів а) ціленаправлений вплив на Фур'є-спектри об'єктів шляхом селекції вибраних просторових частот при формуванні голографічних фільтрів на реєструючих середовищах в інтервалі нелінійності їх відгуку [4] Таким чином виконується підсилення характерних для об'єкта і найбільш суттєвих з точки зору постановки задачі, ознак розпізнавання, б) математична обробка Фур'є-спектрів 1) після реєстрації голографічного фільтра сумісного Фур'є-перетворення приладом з зарядовим зв'язком (ПЗЗ-камера - CCD) і переводі зображення в персональний комп'ютер (ПК) [2, 5], 2) попередня обробка зображень на стадії вводу їх в корелятор (вхідна площина або Фур'єплощина) за допомогою рідкокристалічних панелей (РК-мікродісплеї - LCD) [6] Таким чином виконується оптимізація параметрів кореляційних сигналів, наприклад, абсолютного значення амплітуди сигналу та відношення сигнал/шум, в) введення вузькоспеціалізованих ознак розпізнавання і знаходження загальних рішень для певних виділених класів об'єктів [4,5], для яких може бути формалізовано розв'язання задачі розпізнавання і т д Спосіб [6], обраний як прототип, демонструє розпізнавання образів з використанням процедури фазового кодування зображень як еталонних, так і порівнюваних об'єктів шляхом задавання однозначної ВІДПОВІДНОСТІ між амплітудним пропусканням об'єкту Y(x,у), поданого на вхід корелятора, та фазовим розподілом ^ ( х у ) , що його отримують шляхом переводу амплітуди в фазу згідно певного закону (див нижче) Способом-прототипом передбачається наступне 1) у вхідну площину (Рі) корелятора сумісного Фур'є-перетворення (фіг 1А) вводиться об'єкт, 2) за допомогою ПЗЗ камери (CCDi) зображення об'єкту (п 1 ) передається в ПК (PC) та обчислюється перше фазово-кодоване зображення одиничної амплітуди як функція амплітуди вхідного зображення об'єкту, 3) забезпечується наявність еталонного фазово-кодованого зображення як функції амплітуди зображення еталонного об'єкту (CCDi, PC) та введення його через LCD2 в Фур'є-площину корелятора, 4) продукується пряме Фур'є-перетворення фазово-кодованого зображення першого об'єкту (PC) і виводиться через РК-панель (LCDi) в Фур'єплощину корелятора, 5) лазерний пучок після коліматору К, проходячи через обидві РК-панелі (LCD) через лінзу L, що продукує зворотне Фур'є-перетворення від добутку прямого Фур'є-образу фазово-кодованого зображення першого об'єкту та Фур'є-образу еталонного зображення об'єкту, в площині (Рг) корелятора формує сигнал взаємної кореляції фазовокодованих об'єктів, 6) за допомогою ПЗЗ-камери (CCD2) реєструється сигнал взаємної кореляції фазовокодованих об'єктів і оцінюється достовірність розпізнавання, згідно заданим критеріям Фазове кодування в способі-прототипі виконується таким чином а) інтенсивність І(х,у) (або амплітуда) вхідного зображення нормується на своє максимальне значення М так, що значення фази - І(х,у)*ті/М належать інтервалу [0-ті] радіан, б) обчислені таким чином значення фази попіксельно передаються в Фур'є-площину корелятора через РК-панелі (LCDi, або LCD2) (фіг 1А) Принциповим недоліком способу-прототипу є різна ефективність його роботи з об'єктами різних класів і, як наслідок, - залежність достовірності розпізнавання від форми кореляційних сигналів, що реєструються Слід зазначити, що цей недолік притаманний як кореляторам Вандер Люгта, так і кореляторам сумісного Фур'є-перетворення Причина зниження ефективності процесу розпізнавання є наслідком, по-перше, складності вибору ознак розпізнавання, що залежать від характеру задачі, по-друге, - складності задания критеріїв оцінки достовірності розпізнавання, через те, що кореляційні сигнали від об'єктів різних класів мають суттєво різну форму Через те, що ознаки розпізнавання, визначені для певного класу об'єктів, не можуть бути перенесені на об'єкти, що належать іншим класам, задача розпізнавання практично не підлягає формалізації для об'єктів довільних класів Задача запропонованого способу полягає в підвищенні достовірності методу розпізнавання в оптико-цифрових кореляторах для об'єктів довільних класів через формалізацію процедури вибору ознак розпізнавання та уніфікацію форми кореляційних сигналів Розв'язання поставленої задачі досягається заміною операції п 2 способу-прототипу на нову операцію, суть якої полягає в тому, що довільному об'єкту (у тому числі і еталонному) з амплітудним пропусканням Y(x,y) ставиться в однозначну ВІДПОВІДНІСТЬ фазовий розподіл ^(х.у) - синтезований об'єкт, який отримують з певного початкового фазового розподілу ^ofx.y) за допомогою ітераційної процедури, описаної в [7] Обчислений таким чином синтезований об'єкт замінює реальний об'єкт на всіх подальших стадіях процедури розпізнавання При цьому а ) ч>о(х,у) і ц/(х,у) належать множині довільних фазових розподілів {цл