采用一种优化编码方法的光学相关器在目标识别中的应用

    引言

    相干光学处理技术在实验室可用于改善图像质量、识别特定物体、字符和符号、探测某些瑕疵、增强图像轮廓、制作相/幅滤波器等；也可用于航天器空间对接、导航和无人驾驶、海量图像资料处理、以及重点目标识别等领域^[1]。其中 Vander Lugt 相关器工作原理简单，具有很高的信噪比，并且对于每一个识别目标仅有一个相关峰与之对应，适用于光学图像的实时相关识别。然而，Vander Lugt 相关器在纪录目标图形的傅里叶变换复振幅谱时，通常需要一束离轴的参考光来纪录复振幅信息，这不利于 VanderLugt 相关器在实时模式下工作。利用计算机制匹配滤波器，可事先生成不同目标的匹配滤波器进行目标的实时判别，从而保证了 VanderLugt 相关器工作的实时性。同时根据李威汉提出的延迟抽样编码方法，对该编码方法进行了优化，实验结果显示采用优化后的编码方法可以获得更好的相关效果。

    1 实时 Vander Lugt 相关器

    添加离轴参考光的目的是将不便存储的相位信息通过形成干涉条纹的形式存储下来，用于物光的再现。实验中两片空间光调制器分别用于目标图形输入和频谱面的滤波。将目标图形g(x,y)置于透镜的输入平面上，引入离轴参考光R(u,v)共同照射谱平面以纪录相位信息，谱平面上 CCD 接收到的图像为 T(u,v)，将 T(u,v)置于系统的傅里叶变换平面上，函数 f(x,y)置于输入平面上，经过第二片傅里叶透镜变换后，在输出平面中心形成零级谱，在参考光的焦点处出现相关输出。图 1 为使用离轴参考光的 Vander Lugt 相关器实验装置小意图，图2为输出平面上获得的相关实验结果^[2]。

    如果利用计算机直接制作一个复数的匹配滤波器 G*(u,v)，将它置于系统的傅里叶变换平面上进行匹配滤波则可大大简化试验方案，提高实时处理的速度。设输入的物分布包含待检分布 f(x)和其他分布 b(x)，即：

    将其置于 Vander Lugt 相关器输入平面上，可得频谱分布为：

式(2)中 G(u)＝FT[g(x)], F(u)＝FT[f(x)], B(u)＝FT[b(x)]，符号 FT 表示傅氏变换，相应的 FT^－1表示逆傅氏变换。

    经第二片透镜的傅氏变换并在像面取反射坐标系，则在输出面得到振幅分布为：

式(4)中  ,  分别表示卷积运算和相关运算。若物函数在 x＝a_i处有特定分布，则必在像面相应位置出现 f(x)的自相关峰值分布，若物分布中没有待检的特征分布，则整个像面表现为由互相关函数描述的光弥散分布。该原理装置如图 3。