基于光学相关的红外目标检测

光学图像处理技术能以复振幅、并行、高速度和巨量互连来处理信号。利用光学方法的半色调网屏技术实现了红外图像的假彩色编码,提高了红外图像的可识别性;利用光学相关识别技术构造了一种基于4f系统的光学图像实时相关识别系统,以实现对红外图像的实时处理和识别。     

基于光学子波变换的SDF匹配滤波器

提出了一种基于光学子波变换的综合判别函数匹配滤波器(WFSDF),将光学子波变换和综合判别函数相结合,只用一个简单的4f系统就能实现输入图像和SDF子波变换的相关运算。采用计算全息的方法制作复数匹配滤波器。计算机模拟仿真结果表明,与传统的SDF匹配滤波器相比,WFSDF匹配滤波器,锐化了相关峰,提高了识别率,同时简化了光路,能够实现多目标的畸不变识别。     

光学小波包变换及其滤波器的研究

基于对光学小波变换必要条件的分析，提出光学小波包变换的概念.选出虹膜图库的联合最优小波包基，利用最优基的线性组合生成相应的复合光学小波包滤波器.将滤波器用于光电混合虹膜识别系统中对待识别输入进行小波包特征提取预处理，模拟结果不仅证明引入该滤波器可明显提升系统的识别效果，也证明了光学小波包变换提出的意义.     

Color pattern recognition based on the joint fractional Fourier transform correlator

A new system of multi-channel single-output joint fractional Fourier transform correlator (JFRTC) for color pattern recognition is proposed based on the conventional system of multi-channel single-output joint transform correlator (JTC). The theoretical analysis and optical experiments are performed. With this method, one can obtain three correlation peaks at the output plane which show a pair of desired cross-correlation peaks and one auto-correlation peak. In comparison, the conventional system leads to more correlation peaks playing a noise role in color pattern recognition.     

Phase-only filtering based on sliced orthogonal nonlinear generalized decomposition

The sliced orthogonal nonlinear generalized (SONG) decomposition and correlation have been demonstrated to be powerful tools in digital image processing and promising for nonlinear optical information processing. In this paper, we propose an optical phase-only filtering system based on SONG decomposition (PBS), in which the phase-only filtering of the target and the input scene binary slices are performed separately by pairs and then added together. We numerically show that the PBS has extremely high and sharp output correlation peak compared with other optical correlators. Furthermore, such a SONG decomposition based phase-only filtering naturally inherits the nature of SONG decomposition, which has strong robustness to additive Gaussian noise and substitutive noise, and also the high light efficiency of phase-only filtering. We demonstrate that the PBS may serve as an optimized optical correlation scheme, which is promising in nonlinear optical pattern recognition.     

用光学方法实现么正变换及一般线性变换(Ⅳ)——图形识别及投影算子

本文指出,图形识别实质上是图形空间中的表象变换(坐标系变换)。由于表象变换是通过么正变换实现的,用光学方法进行图形识别是比较合适的。本文着重讨论了如何只根据所需识别的标准图形组,构造光学系统,即用光学方法直接实现投影变换的方法。并进一步发展了文献[3]中的优化方法。 关键词：     

4f光学系统中滤波函数角位移补偿的研究

实验中4f光学系统的输入函数载体与滤波函数载体往往存在着一定的角位移,而这个角位移的存在影响了4f光学系统的精确滤波。将空间光调制器(SLM)作为4f光学系统的输入和滤波函数的载体,利用光栅衍射理论和傅里叶变换理论,提出了一种测量该角位移的方法。滤波函数旋转角位移值的大小可以补偿输入和滤波函数载体间存在的角位移。滤波实验证明了方法的有效性和必要性。     

一种抗尺度畸变的光学相关图像识别技术

为提高光学相关图像识别的准确度和抗畸变能力,引入多重复合匹配滤波器概念,探讨一种新的识别思路。它融合了综合鉴别函数和K-L变换的经典思想,改善了单个匹配滤波器动态范围太小的状况,对图像尺度变换有较宽的适应范围,从而提高了光学模式识别系统的识别效率。仿真结果表明,对尺度缩小1/2的情况,采用此思路可使其滤波的刷新速度比常规方法提高4倍,从而验证了算法的有效性和可行性。     

非重叠背景噪声下的自适应维纳滤波模式识别方法

维纳滤波实现模式识别的关键问题是噪声知识的获得与估计。提出一种非重叠背景噪声的提取方法,首先将对噪声的粗略估计代入维纳滤波函数,得到相关峰。然后由相关峰的位置及参考图像的尺寸确定目标图像的位置和范围,从而提取出背景噪声图像。经过二次维纳滤波,得到改善的相关输出结果,实现了自适应过程。仿真结果表明在非重叠有色噪声环境下,与噪声估计法以及传统的维纳滤波方法相比,此方案具有较好的识别效果。     

Optical pattern recognition by use of a segmented semiconductor optical amplifier

A technique for high-speed, all-optical pattern recognition based on cross correlation in a segmented semiconductor optical amplifier (SSOA) is presented. A counterpropagating pump-probe setup is used to perform cross correlation of the spatial gain-loss pattern in the SSOA with the optical data pattern (pump), and the result is read out with a counterpropagating probe. Cross correlation of 4-bit patterns at 85 Gbits/s is experimentally demonstrated. Simulations show reasonable agreement with experimental measurements and are used to address scalability to higher bit rates and longer data patterns.     

一种用于光纤链路振动信号模式识别的规整化复合特征提取方法

相位光时域反射链路监测系统是一种利用光纤作为传感介质的传感系统, 能够监测、定位、识别入侵信号.模式识别模块是其重要组成部分, 实时智能区分安全扰动和危险入侵.本文提出一种用于光纤链路振动信号模式识别的复合特征提取方法.利用改进的双门限方法确定有效信号段的起止位置, 结合最大能量与最高信噪比挑选出采样周期内主要入侵扰动的特征段.综合利用特征段时域持续时间和小波包能量谱提取复合特征向量, 使用支持向量机进行模式识别.实验表明, 基于本文提出的规整化特征提取方法的模式识别准确率有了显著提高.     

基于光学小波微分预处理的联合变换相关目标识别

提出了一种基于光学小波变换微分预处理的光电混合联合变换相关系统,该系统利用同一光路可实时实现对输入图象的小波变换微分预处理和联合变换相关识别.实验结果表明:该系统能得到很尖锐的互相关峰,可显著提高联合变换相关器的识别能力.     

2f光电混合匹配滤波相关识别研究

提出一种光电混合匹配滤波相关识别方法,只用一个空间光调制器实现了匹配滤波相关识别。利用计算机完成匹配滤波器的设计以及匹配滤波器与输入目标频谱的卷积运算,根据最小欧氏投影编码原理将卷积结果转化为空间光调制器可以显示的灰度信号,再通过2f光学傅里叶变换系统,得到相关识别结果。实验结果表明,该方法可以得到明显的相关点,同时可以避免传统VLC中匹配滤波器的精确复位问题,而且该系统还可以应用于联合变换相关识别。     

基于傅里叶-极坐标变换的相关结果后处理技术

在光学相关识别中,对相关输出结果进行后处理是保证图像识别准确性的关键之一。研究者通常采用神经网络技术对相关输出结果进行处理,并取得了较好的效果,但它需要预先准备大量的相关峰和噪声峰训练样本。根据极坐标变换能将笛卡尔坐标系下的旋转转变成平移的性质以及傅里叶变换的平移不变性,提出一种基于傅里叶-极坐标变换的相关结果后处理方法。验证结果表明:目标的旋转图像与目标自身的傅里叶-极坐标变换的相似度较大,而干扰图像与目标的傅里叶-极坐标变换的相似度较小。本文的方法在后处理阶段可对目标和干扰进行有效的分类识别,而且还能避免对相关峰和噪声峰训练样本的收集,从而使得光学相关识别系统的应用更加便利。     

两种基于交叉相位调制的光脉冲压缩方案

基于交叉相位调制的时间透镜可实现精确的二次相位调制, 但是它在光脉冲压缩领域的应用受到了抽运光脉冲的峰值功率过高的限制. 对该峰值功率的表达式进行了推导, 提出使用带有正色散的传输介质来实现输出段色散, 从而降低了抽运光脉冲的峰值功率.并进一步指出, 可以将基于交叉相位调制的时间透镜应用于4f系统, 来实现光脉冲压缩, 从而更有效地降低了抽运光脉冲的峰值功率. 推导了该系统的抽运光脉冲的峰值功率和分辨率的表达式, 并进行了光脉冲压缩的仿真分析.研究结果表明, 在基于交叉相位调制的4f系统中, 可以利用峰值功率较低的抽运光脉冲产生飞秒量级超短光脉冲; 随着压缩系数的提高, 输出光脉冲的脉冲宽度主要受到4f系统分辨率的限制, 并对4f系统分辨率的提高进行了讨论.     

基于1 654 nm分布反馈激光器的甲烷检测系统

基于可调谐半导体激光吸收光谱技术及波长调制技术,采用波长为1 654 nm的分布反馈激光器,结合开放式光学探头以及高灵敏度的铟镓砷光电探测器,研制了近红外甲烷气体检测系统。自主设计研发了分布反馈激光器驱动电路,主要包括模拟PID温度控制电路与电流驱动电路。其中,温度控制电路具有较高的控制精度及稳定性,长时间工作时激光器温度波动小于±0.02 ℃,温度与激光器波长呈线性变化。温度不变时,改变驱动电流可以使激光器中心波长线性变化,同时还提供了5 kHz正弦波和10 Hz锯齿波的调制信号,用于谐波检测。为了提取差分信号的一次谐波及二次谐波,研制了正交锁相放大器,一次谐波和二次谐波的提取误差分别为3.5%和5%。系统中采用的开放式光电探头通过一次反射,使有效吸收光程增加了一倍,达到了40 cm。通过对1%～5%的甲烷气体进行检测,成功提取了一次及二次谐波,得到了气体浓度与谐波信号幅值的拟合关系曲线。在更换不同输出波长的激光器后,该系统还具有检测其他气体的能力。     

光电混合内积型关联识别系统

提出把图象信息提取与光学内积关联技术结合起来识别图象的方法,并按照此原理,设计与组建了一个光电混合图象信息提取与关联识别系统。用0～9十个印刷体阿拉伯数字和八种中外飞机作为试验目标在系统上进行了识别实验。结果表明,印刷体数字和八种飞机的(可允许左右15°转动)识别率达100%,手写体数字的识别率也能达到70%左右。     

Hoe/lensless matched spatial filter wavelength-scaling correlator

A scaling correlator optical pattern recognition system is described in which a lensless matched spatial filter (with the second Fourier transform lens and the matched spatial filter recorded on the same plate) is used with a first Fourier transform lens that is also an holographic optical element. The matched spatial filter is recorded at one wavelength and correlation is obtained at a second wavelength. Experimental demonstration and output correlation SNR data are reported, together with a comparison of the system's noise level using conventional optics and holographic elements.     

衍射型长程大型非球面轮廓测量仪

分析了基于衍射准直技术的f-θ系统的特点，在此基础上提出了一种新型长程面形仪用以实现对大型非球面光学表面，特别是同步辐射中掠入射光学元件的高精度轮廓测量。成功地研制了样机，目前新型长程面形仪样机的纵向扫描范围可达370mm，分辨率优于0．25μrad，单点稳定性小于0．7μrad/200s，全程测量精度可达1．14μrad，全长扫描的重复精度为0．09μrad。样机测试结果表明，新型长程面形仪轮廓测量方案能够胜任对第三代及后继同步辐射光源中各种非球面光学元件的轮廓测量任务。     

光学相关器在自动目标识别中的应用

为使光学相关器更好地应用于自动目标识别领域,保证在较高识别速度下,具备良好的识别效果,介绍了应用于自动目标识别领域的联合变换相关器和匹配滤波相关器.针对匹配滤波相关器实现过程中的两项关键技术,在滤波器编码技术上提出了构造等相关峰综合鉴别函数以解决畸变不变识别问题.在相关峰识别技术上,针对阈值法存在的不足,提出利用BP神经网络对相关平面相关峰进行识别,采用划分感兴趣区域的方法减少了输入层神经元数目,简化了神经网络结构.借助搭建的光学相关器系统验证了该方法可对相关信号和噪声进行有效分类,提高了光学相关器的识别效果.