实时可刷新全息光学空间匹配滤波器的制作方法技术

一种实时可刷新全息光学空间匹配滤波器的制作方法，由数字全息空间匹配滤波器的设计制作及其实时光学实现两大步骤组成。与现有技术不同之处是数字全息空间匹配滤波器制作时引入了与滤波平面法线方向倾斜入射的离轴常振幅平面参考波，将滤波器的振幅与位相信息转化为强度信息并对强度信息进行二值化处理，该方法制作的空间匹配滤波器不仅相关信噪比和识别率高，参考目标畸变形态的存贮量不受限制，而且可实时刷新控制。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于光学模式识别
，特别涉及一种空间匹配滤波器的制作方法。空间匹配滤波器(Matched Spatial Filter，简称MSF)是微弱图像信号实时处理系统中的重要组成部分，据国内外有关资料介绍，此种滤波器主要有两种类型，一种为全息光学空间匹配滤波器，另一种为实时可刷新空间匹配滤波器。全息光学空间匹配滤波器采用全息光学原理制成，通常以一组空间分离的固定全息光学MSF阵列方式，通过空间多通道技术同时并行实现对多个畸变目标形态的相关匹配滤波(见“小型多路光学模式识别系统”，王汝竺，中国科技成果库，1996)。此种滤波器虽然相关信噪比(S/N)和识别率高，但由于滤波器是固定不变的，且空间多通道数目受到光学系统的限制，因此不能进行实时刷新，所识别的目标畸变形态最多仅为101～102量级，难于适应千变万化的客观环境。可刷新空间匹配滤波器的制作方法，首先设计数字空间匹配滤波器并将其存入计算机，然后通过程序由计算机将数字空间匹配滤波器送至实时空间光变调器(SpatialLight Modulator，简称SLM)进行实时光学实现。目前国际上最具权威性的数字MSF的实时光学实现方法，为美国NASA Johson Space Center的R.D.Juday教授所提出的“最小欧氏距离最佳滤波器(Minimum Euclidean Distance Optimal Filter，简称MEDOF)”(见“MEDOFVersion 2.0”，R.Shane Barton、Richard D.Juday，“Proc.SPIE Vol2490.Optical Pattern Recognition VI”，pp14～24，1995)。此种滤波器的实现方法虽然能进行实时刷新并有效地增大参考目标畸变形态的容量，但由于其数字空间匹配滤波器的相关输出信噪比(S/N)低，因而识别效率不高，误识别较多，且由于滤波器的设计结果及运行均依赖于所采用的SLM单体的振幅—位相工作曲线，在设计及使用前首先必须对SLM性能进行测试，这对批量生产带来极大的麻烦及不便。本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种，此种方法制作的滤波器不仅相关信噪比(S/N)和识别率高，而且参考目标畸变形态的存贮容量(参考滤波器数目)不受限制，并可实时编程刷新控制，且MSF设计及制作均与SLM工作曲线无关。本专利技术的目的是这样实现的采用全息技术将所设计的参考滤波器的复数振幅及位相信息转化为强度信息，以解决实时空间光变调器因其工作曲线限制不能准确实现全复平面上参考目标滤波器的复值转换问题；采用二值化技术对滤波器的强度信息进行处理，以消除实时空间光变调器(SLM)上由于其振幅—位相的协变关系(工作曲线)所造成的不同强度的像素点的位相畸变，实现MSF的复数(振幅—位相)信息到全实数(强度)或常位相复数信息的准确转换，从而消除因实时空间光变调器振幅—位相工作曲线限制所导致的参考滤波器与实时输入目标的光学付里叶频谱的位相误差对相关信噪比(S/N)的影响以及设计的MSF对SLM工作曲线的依赖。本专利技术提供的方法依次包括以下步骤1.数字全息空间匹配滤波器的设计制作①采集参考目标畸变形态样本；②将所采集的参考目标畸变样本进行数字预处理形成参考目标样本集合并将该样本集合扩大到滤波器所要求的空间带宽；③计算扩大后的参考目标样本集合的离散付里叶变换并对计算结果求复共轭，该复共轭作为物波；④加入与滤波平面法线方向倾斜入射的离轴常振幅平面参考波，该参考波在滤波平面与物波相干涉得到物波与参考波的数字全息干涉强度分布；⑤对该数字全息干涉强度分布进行二值化处理，处理结果即为参考目标的数字全息空间匹配滤波器；⑥将数字全息空间匹配滤波器存入计算机。2.数字全息空间匹配滤波器的实时光学实现①开启实时空间光变调器的驱动电路并将其接口与计算机的图像显示接口相连；②通过编程将已载入计算机的数字全息空间匹配滤波器送至实时空间光变调器进行刷新显示，即完成了数字全息空间匹配滤波器到实时可刷新全息光学空间匹配滤波器的转换。本专利技术具有以下优点和积极效果1.制作方法简单可行。2.所制作的参考目标滤波器的存贮容量只取决于计算机硬盘的存贮容量，因而可大于105。3.所制作的滤波器的抗背景噪声干扰能力强，当输入图像最大(噪声—背景/信号—背景)强度比为4～7∶1时，系统也能正确识别。4.所制作的滤波器识别率高，对同类真目标的正确识别率(多目标、多畸变形态)大于90％；对不同类目标分类误判率小于10％。5.所制作的滤波器可实时调用及编程刷新控制，满足了实际应用中对灵活性及可编程性的需求。6.由于所设计的参考目标滤波器不依赖于实时空间光变调器的工作曲线，因而与滤波器配套的实时空间光变调器在设计滤波器及使用时均不需进行工作曲线测试，可提高工作效率，降低成本。附图的图面说明附图说明图1为由本专利技术提供的方法所制作的实时可刷新全息光学空间匹配滤波器与其它元、部件所构成的实时光学相关模块、数字图像预处理及后处理模块和主控计算机所组成的实时光学模式识别系统工作原理方框图。实施例本实施例制作一种用于微弱图像信号实时处理的实时光学模式识别系统所需的实时可刷新全息光学空间匹配滤波器，具体步骤和设计参数如下1.数字全息空间匹配滤波器的设计制作①采集参考目标畸变形态样本；采用离散阵列样本fm(x.y)，m＝1……N，N为样本数，x＝1……X，y＝1……Y，为采样窗口大小。②将所采集的参考目标畸变样本进行数字预处理形成参考目标样本集合fm1(x.y)，将fm1(x.y)扩至512×512(将窗口外之值补零)形成新集合fm2(x.y)；③采用经修正的FFT算法(使FFT计算得到的位相与光学FT的位相一致)计算扩大后的参考目标样本集合fm2(x.y)的离散付里叶变换 ，上式中，fx＝0，1……511、fy＝0，1……511、m＝1……N，fx、fy为频谱平面坐标；对上述计算结果求复共轭，该复共轭 作为物波；④在(fy·fz)平面加入倾斜常振幅平面参考波(fz为光轴方向) ，其中A为常数、fy＝0，1……511，该参考波在滤波平面与物波 相干涉得到物波与参考波的数字全息干涉强度分布 ⑤以 为门限对物波与参考波的数字全息干涉强度分布Im(fx·fy)进行二值化处理，处理结果Imb(fx·fy)即为参考目标的数字全息空间匹配滤波器，其载波空间频率为物体离散付里叶变换采样频率的 ⑥将数字全息空间匹配滤波器Imb(fx·fy)存入计算机。2.数字全息空间匹配滤波器的实时光学实现①开启实时空间光变调器的驱动电路并将其接口与计算机的图像显示接口相连；②通过编程将已载入计算机的数字全息空间匹配滤波器送至实时空间光变调器进行刷新显示，即完成了数字全息空间匹配滤波器到实时可刷新全息光学空间匹配滤波器的转换。本实施例所制作的实时可刷新全息光学空间匹配滤波器在实时光学模式识别系统中与其它元、部件所构成的实时光学相关模块、数字图像预处理及后处理模块和主控计算机的组配关系如图1所示，实时光学相关模块包括激光器1、准直光学镜2、实时空间光变调器3、付里叶变换透镜4、实时空间光变调器5，逆付里叶变换透镜6、摄像机7。实时光学模式识别系统进行场景目标探测的工本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种实时可刷新全息光学空间匹配滤波器的制作方法，其特征在于依次包括以下步骤：Ａ、数字全息空间匹配滤波器的设计制作①采集参考目标畸变形态样本，②将所采集的参考目标畸变样本进行数字预处理形成参考目标样本集合并将该样本集合扩大到滤波器 所要求的空间带宽，③计算扩大后的参考目标样本集合的离散付里叶变换并对计算结果求复共轭，该复共轭作为物波，④加入与滤波平面法线方向倾斜入射的离轴常振幅平面参考波，该参考波在滤波平面与物波相干涉得到物波与参考波的数字全息干涉强度分布， ⑤对该数字全息干涉强度分布进行二值化处理，处理结果即为参考目标的数字全息空间匹配滤波器，⑥将数字全息空间匹配滤波器存入计算机，Ｂ、数字全息空间匹配滤波器的实时光学实现①开启实时空间光变调器的驱动电路并将其接口与计算机的图像显示 接口相连，②通过编程将已载入计算机的数字全息空间匹配滤波器送至实时空间光变调器进行刷新显示，即完成了数字全息空间匹配滤波器到实时可刷新全息光学空间匹配滤波器的转换。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：洪汝桐，苏心智，
申请(专利权)人：西南技术物理研究所，
类型：发明
国别省市：90[中国|成都]