《光学信息处理 第六章 光学图像识别课件.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《光学信息处理 第六章 光学图像识别课件.pptx（80页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、第六章 光学图像识别,图像识别光学相关器Vander Lugt相关器Vander Lugt相关器实时Vander Lugt相关器Vander Lugt相关器小型化旋转不变Vander Lugt相关器比例不变Vander Lugt相关器联合变换相关器实时联合变换相关器,1、图像识别,什么是光学图像识别光学图像识别的发展光学图像识别应用,光学图像识别,模式识别模式：一些供模仿用的、完美无缺的标本（广义）。模式识别：识别出特定客体所模仿的标本。光学模式识别相关方法频谱平面相关器(Frequency Plane Correlator,简称FPC)联合变换相关器(Joint Transform Corr
2、elator，简称JTC)神经网络方法,光学相关图像识别发展,始于40年代晚期和50年代1960年Cutrona 提出，利用透镜进行傅立叶变换.1964 Vander Lugt在年提出复空间滤波，相关识别真正引起普遍关注的开发了各种技术、结构和算法，构造出高效的光学相关器来实现光学模式识别.第一个联合变换相关器（JTC）Weaver和Goodman在1966年提出的缺乏必要的接口设备，处于一种停滞的状态1984年Yu和Lu报道一种实时可编程接口的JTCJTC在不同的光学信息处理应用中扮演了重要的角色.,光学图像识别应用,防伪技术条码技术计算机指纹扫描仪指纹确认2秒如美国Identix公司的指纹
3、扫描设备在用一个右手指正确匹配上接近100%。军事上，导弹制导系统等医学上，特定细胞识别、计数,二维条码,二维条码卡,一维条码,条码技术,手持二用激光扫描器,手持激光扫描器,读取设备：向激光、CCD发展,条码技术,条码技术的特点,条码技术的特点1、简单。条码符号制作容易，扫描操作简单。2、信息采集速度快。条码扫描录入信息的速度是键盘录入的20倍。3、采集信息量大。一次可以采集几十位字符的信息。4、可靠性高。误码率百万分之一，首读率可达98以上。5、灵活、实用。6、自由度大。7、设备结构简单、成本低。,2、光学相关器,相关定理,光学相关器构成,平行光,仅当输入信号 f(x，y)参考信号g(x，y
4、)时，光强的积分c(0，0)才达到极大值由此可以判定图形 f(x，y)和 g(x，y)的相似性,参考信号可以沿x或y方向平移，例如可以通过计算机控制的步进电机实施平移，从而相关峰的积分强度就是 g(x,y)的位置(,)的函数，测得的相关函数c(,)将指示输信号f(x,y)与参考信号g(x,y)是否相同，并给出它们精确重合时的位置。平行光可用相干或非相干光。这一识别过程把输入与参考信号g(x，y)的相似性度量转化为一点的强度测量,平行光,讨论,f(x,y)和 g(x,y)必须准确地叠合，以产生最大的积分强度峰一旦两个图形有所错位，它们就不再准确地重合，从而探测到的强度峰迅速消失，f(x,y) 就
5、不能被识别。,2、局限性仅能判别两个完全一样方位相同的图形，倘若一个图形相对于另一个图形转 过一个角度，或二者的比例有所不同，即便两个图形相同，此相关器是无法识 别的。易识别印刷体字符，却无法识别手写体字符可识别人脸的照片，但对真人的脸部的识别却无能为力,3、 Vander Lugt(范得勒)相关器,Vander Lugt相关器实时Vander Lugt相关器Vander Lugt相关器小型化旋转不变Vander Lugt相关器比例不变Vander Lugt相关器,（1）范德勒光学相关器,基本原理VLC复数滤波器的记录VLC识别,（1）（4）,g(x,y),A、VLC复数滤波器的记录,B、VL
6、C识别,滤波过程成像过程,（2）实时范德勒光学相关器,VLC基本装置采用液晶光阀及电视显示终端的基本光学系统实际应用举例,A、 Vander Lugt 相关器基本装置,应用上面的图像识别系统可以进行： 1. 参考图像 g(x,y)的匹配滤波器的拍摄 2。输入图像 f(x,y)的辨认,输入,显微物镜 准直物镜,付氏透镜,在这个图像识别系统中，如f(x,y) 使用透明片输入，则为非实时化的。 对于实时图象识别，可用透视型空间光调制器（SLM）来输入图形（例如液晶显示器 LCD）。事先用CCD实时拍摄物体，并通过图像处理器把被拍摄的物体像显示在LCD上,输入,显微物镜 准直物镜,付氏透镜,Acron
7、ym 英文首字母缩写词,L Lens 透镜PH Pin Hole 针孔BS Beam Splitter 分束器M Mirror 反光镜OB Object Beam 物光束RB Reference Beam 参考光束MSF Matched Spatial Filter 匹配滤波器VLC Vander Lugt Correlator 万德勒相关器AD Array Detector 探测列阵CCD Charge-Coupled Device 电荷耦合器件LCD Liquid Crystal Display 液晶显示(屏)SLM Spatial Light Modulator 空间光调制器LCLV L
8、iquid Crystal Light Valve 液晶光阀CMOS Complementary Metal-Oxide Semiconductor 互补型金属氧化物半导体晶体管,B、采用液晶光阀及电视显示终端的基本光学系统,C、实际应用举例,（3）范德勒光学相关器的小型化,光学成像导引头制导原理,用于图像识别的相干光学相关系统,Compact Vander Lugt Correlator （1）,Compact Vander Lugt Correlator （2）,Compact Vander Lugt Correlator （3）,（4）旋转不变范得勒光学相关器,引言圆谐函数旋转不变Van
9、der Lugt相关器,A、引言,如何实现旋转不变范得勒光学相关器？,实现旋转不变的方法圆谐函数、梅林变换、综合鉴别函数(SDF),在输入函数为园(对称)函数 f（r）的极特殊情形下，容易实现旋转不变识别；,但一般输入函数都不是园函数 。,B、圆谐函数,极坐标中有关光场函数的表达式,0,r,.,原输入函数,原点处的相关,输入函数旋转角后,极:,直:,C、旋转不变Vander Lugt相关器,将输入函数f(x,y) 用极坐标表为f(r，)，并用园谐函数展开：,旋转角后输入函数可表为,在原点（0，0)的自相关可表为,将（1）式代入（4）式：,(5)式所示的相关函数包含了各级圆谐函数分量的贡献，当旋
10、转角变化时，显然不满足旋转不变的条件当参考信号中包含多个(大于一个)圆谐函数分量时相关输出是旋转可变的,当参考信号中仅包含一个(某一级)圆谐函数分量时就是否可以实现旋转不变？ 代入(5)式，得到相关输出 相关函数的强度 它与目标图形的旋转角无关，因而是旋转不变的,It is a constant independent of the target orientation,(5) 比例不变Vander Lugt相关器,比例不变又称尺度缩放不变，意思是说目标图形f(x,y)与参考图形相似时，仍有相关峰输出比例不变范德勒相关器,结论：直角坐标系中的“缩放”相当于对数坐标系中的“平移”。,A、直角坐标
11、和对数坐标,直角坐标系中的“缩放”相当于对数坐标系中的“平移”。,B、比例不变范德勒相关器,设目标图形为引入下面的变量代换：图形函数借助于宗量、表为当原函数f(x,y)进行a倍的缩放时，,讨论,原来的图形函数与比例缩放后的图形函数的相关，相关峰的位移(-1，-1)指示了缩放的系数系统的输入信号为f( +1， +1)MSF为变换后的参考信号f( ， ),对数变换实现方法：电子学的方法实现光学方法：光学坐标变换器用实现用变焦镜(ZOOM)（机械的动作），非并行处理器,4、联合变换相关器,起源基本原理,（1）、光学联合变换相关器起源,最早是由 Weaver 和 Goodman，以及Rau提出来的,（
12、2）、基本原理,透镜后焦面的振幅分布为,透镜后焦面的图形的光强（联合功率谱）分布为,是f(x，y) 的自相关,第二项为它可以表为它正是 f(x，y) 和 g(x，y) 的相关，只是在 轴上平移一2a,第三项正是 g(x,y) 和 f(x，y) 的相关，在 轴上平移 2a 距离：第四项为 g(x,y) 的自相关它与第一项重叠在输出平面中心附近，可以称之为 0 级项，它们不是信号,在f g 相同的情况下， o2 o3 的函数形式相同出现一对亮斑。,两个互相关项 o2 和 o3 为一级项，是我们寻求的相关输出信号。它们在输出平面上沿 轴分别平移2a和-2a,在f 和g 相同的情况下， o2 和 o3
13、 的函数形式相同出现一对亮斑。,输入,功率谱,图b,c的中心部分 已被挡去,请看下面的说明图：,5、实时联合变换相关器,特点记录和逆变换两个过程之间，有一个用平方律探测器把联合变换的复振幅谱转换为功率谱的中介过程早期的联合变换相关器实时联合变换相关器发展实现方法,（1）、早期联合变换相关器,联合变换谱记录：感光胶片记录经过显影、定影处理后，胶片的透过率近似正比于联合变换的功率谱 相关：胶片用透镜进行逆变换，获得相关输出这不是实时的处理.,（2）、实时联合变换相关器发展,1981年，Pichon 和 Huignard实时记录联合变换的功率谱第一次用光折变晶体BSO(B12SiO20)1984年，
14、Yu和Lu实时可编程JTC方案平方律探测器LCLV 在输入平面上采用计算机控制的磁光空间光调制器(MOSLM)1985年Loiseaux等实现实时平方律转换BSO 液晶光阀(LCLV),1987年，Yu等液晶电视 (LCTV) 电寻址 SLM，用在输入面和谱面计算机控制、CCD检测（平方率探测器记录输入信号的联合变换功率谱），探测信号再由LCTV显示出来，并有CCD探测相关输出。CCD探测面积10mm*10mm，包含512*512像素，分辨率达到51.2lp/mm。当时LCTV仅120*240像素，因此有效分辨率12lp/mm。特点: （1）未采用长焦变换透镜，JTC相当紧凑； （2）用CCD
15、探测功率谱，从而在第二次傅里叶变换前 可以用各种数字处理技术提高系统的性能。 目前：光电混合系统,（3）、实现方法基于杨氏干涉理论,杨氏条纹,包络,杨氏条纹,功率谱的包络（二维）,功率谱示意图,（2）杨氏条纹的傅立叶反变换包含两个亮斑(+1级和-1级衍射)及 0级(直流)光斑这两个亮斑即相关峰,将3，4 代入2得到,自相关斑分别出现在（-2a, 0）,(0,0) ，( 2a, 0 )三处。,各相关峰的包络,功率谱的包络,包络有所改变？例如功率谱的范围超过CCD的探测面，仅一部分功率谱被检测 仍能观察到相关峰。,相关峰的包络,JTC的优点是：参考图形简单，存储在计算机中，并用LCTV显示探测联合
16、变换功率谱是非线性处理过程选择功率谱的一部分来产生杨氏条纹（对相关峰的形状并不特别感兴趣）采用短焦距傅里叶变换透镜放大透镜，系统总长度可大大缩短,JTC的缺点功率谱受输入平面上所有信号和噪声的影响强烈地依赖信号和噪声的特性很难设计一个非线性函数来优化功率谱的探测,(4) 联合变换相关器的应用,目前的研究重点光电混合联合变换相关器结构典型应用,A、目前研究,光电混合联合相关器输入图像处理有坐标对数变换网、迭代参考图像技术、边缘提取、互补编码参考图像、位置编码技术、基于综合识别函数的条纹调制法等联合功率谱的处理有功率谱二值化法、振幅补偿法、条纹调制法、二元相关峰值强度控制技术等输出平面处理统计学测
17、试法、软阈值法,应用领域字符识别研究自适应实时多目标跟踪的研究机器视觉中的应用研究车载联合变换相关器的路标识别研究在机器视觉和防伪技术中的应用研究三维跟踪的研究噪声对相关识别影响研依大小排列不透明微粒的研究光纤检测中的应用研究等。,B、光电混合联合相关器结构,联合图像的获取部分,图像输入部分,光学联合变换相 关处理部分,输出信息探测 接收部分,计算机分析、控制 和决策部分,三种基本结构,C、应用示例,指纹识别,破损指纹识别,实时二次曝光散斑术,汽车牌照光电混合联合变换识别,牌照的预处理字符的识别牌照的整体监控,汽车牌照光电混合联合变换识别,旋转不变联合变换相关器,（a）输入图像包含一系列“A” 散步在其它字母中；（b）不论取向如何，每个字母“A”产生一个相关斑。 参考g(x,y)从0到360度旋转， 每隔一度取一个相关，得到（b）。,小结,图像识别光学相关器Vander Lugt相关器Vander Lugt相关器实时Vander Lugt相关器Vander Lugt相关器小型化旋转不变Vander Lugt相关器比例不变Vander Lugt相关器联合变换相关器实时联合变换相关器,
