（光学专业论文）白光多通道彩色联合变换相关器的研究.pdf

摘 要 摘要 本 文提出一 种荃于三色光栅编码的四 通道 彩色物体联合变换相关器。 该系统 利用三 色光栅是红、 绿、蓝 三种伦奇光栅相加的性质， 对彩色物体进行编 码、解码处理， 实现了 彩色物体基于红色、绿色、 蓝色三种基色光的色分 解。由于联合变换相关识别是在输入 物 体的傅立叶谱面上接收功率谱以实 现输入物体间的 相关， 所以在编码图 像的解码谱面上可 以利用零级衍射和三个不同方向上的三个一级衍射形成四通道。在这四个通道中，零级潜 为无色通道， 称为白 色通道，它反映输人物体的整体 形状和整体强 度间的 相似程度; 其它 三 个 通道 为 颜 色 通 道， 分 别 称为 红 色 通道、 绿 色 通 道、 蓝 色 通 道， 反 映参 考 物体 和 识 别 参 体的各种基色组成部分间的相似程度.该系统不仅可 用于判断参考物体 和识别物体是 否相 同， 而且还可以 根据相关结果和参考物体，大致推断识别物体的形 状和颜色组成。本 文对 该系统的原理、结构及实验结果作了详细的分析讨论。 关 键词: 联合变换相关 ( j t c)， 三色光栅，电 荷藕合器件 ( c c d) ，l c d a h v l , a c t ab s t r a c t i n t h is p a p e r , a f o u r - c h a n n e l c h r o m a t ic j o i n t t r a n s f o r m c o r r e la to r ( c j t c ) w it h w h it e li g h t s o u r c e i s d e m o n s t r a t e d . t h e c h a n n e l in g o f t h is c o r r e l a t io n s y s t e m i s b a s e d o n th e a t tr ib u ti o n o f t h e t hr e e - c o lo u r g r a t in g w h ic h i s f o r m e d b y o v e r la p i n g t h r e e r o n c h i g r a t in g s i n t h r e e d if f e r e n t o r ie n t a t io n s . t h e d e c o m p o s it io n o f t h e t h r e e p r i m a ry c o l o u r s , r e d , g re e n a n d b lu e , is r e a liz e d b y e n c o d i n g a n d d e c o d in g t h e c h r o m a t ic i m a g e .t h e z e r o - o r d e r a n d t h r e e f i r s t -o r d e r d i ff r a c t io n s i n t h e p o w e r s p e c t r u m o n t h e p la n e o f th e f o u r ie r s p e c tr u m c a n f o r m f o u r c h a n n e ls o f t h e e n c o d e d i ma g e . t h e z e r o - o r d e r i s c a l l e d w h i t e c h a n n e l , o n w h i c h t h e s i m i l a r i ty in s h a p e a n d in te n s ity b e t w e e n t h e i n p u t im a g e s c a n b e t r e a t e d . t h e o t h e r t h r e e fi r s t- o r d e r s a r e c a l le d r e d , g r e e n a n ti b lu e c h a n n e l s , r e s p e c t iv e ly , o n w h ic h t h e s im il a r ity i n t h e p r im a ry c o lo u r o f in p u t im a g e s c a n b e t r e a t e d . t h is c o r r e la t io n s y s t e m c a n b e u s e d n o t o n ly f o r d i s c r im i n a t io n o f t h e r e f e r e n c e a n d th e i m a g e t o b e r e c o g n iz e d , b u t a ls o f o r d e d u c in g t h e s h a p e a n d c o lo u r o f i m a g e t o b e r e c o g n iz e d 勿 a n a ly z in g t h e c o r r e la ti o n r e s u lt s a n d t h e s h a p e a n d c o lo u r o f t h e r e f e r e n c e . k e y w o r d s : j o in t t r a n s fo r m c o r r e la t io n ( j t c ) , t h r e e - c o lo u r g r a t i n g , c h a r g e c o u p l e d e v i c e ( c c d ) , l i q u i d c rys t a l d i s p l a y ( l c d ) 第 一 章引 言 第一章引言 芬1 . 1 目前该方向的进展 光学相关识别是光学模式识别中的一 种重要技术，主要包括匹配滤波相关器 ( 简称 f p c ) 和 联 合变 换 相关 器( 简 称j t c ) 。1 9 6 3 年，v a n d e d u g i 提出 的 复 空 间 涟 波的 概 念iii 使光学信息处理进入了一个广泛应用的阶段。在相关识 别方面， 产生了 匹配滤波相关器 1 1 1 。但由于匹配滤波器制作复杂、 要求梢 确复位等缺点， 使它原则上不能 用于实时相关识 别。1 9 “ 年，w e 和 g o o d m a n提出的联合变换相关器1 3 1 克 服了 匹配相关器的缺点， 具有简单、易实现、实时性等优点， 但由于当 时没有适当的光电 及电 光转换装置，故在向 实用的 迈进过程中，发展级 慢。 随着光电技术的发展， 特别是电寻址空间 光调制雄 ( 简称 s l m )的出现， 为 j t c的发展提供了 硬件条件。至 此，j t c进入了迅猛发展时期，并被 提出多种改进方法以 提高其性能， 如二值 ( 或非线性)he , 叨啾编码j t c , 预处理j t c 及 边 缘增 强j t c 1 4 1 a 然 而， 无论 是f p c 1 1 , 提出了一种基于三色光栅编码的白光源多通道联合变换相关器，并对其原理作 了 分析。 2 、 为了 保证 系统有效的工作， 详细讨论了 在系统中 加入滤波器及功率调节器的必要 性;滤波器的滤 波孔径对光源尺寸的要求;l c d及c c d的 分辨率 对逆傅立叶变 换透镜焦距的要求。 3 、 为了 验证 系统的工作性能，作了以 下测试实验:a 、 对系统 色分解能力的浏试; b , 对系统对称性的测试;。 、 对系统灰度读出性能的测试;d 、 根据参 考图像 和实验结果对识别物体形状及 颜色组成推断的研究。 4 、详细讨论了 三色光栅的衍射效率 及 c c l ) 的噪声对相关峰的影响。 第_ 二牵 栩关切识 第二章 相关知识 本章对本论文所用到相关知识 进行了 分析，包括对联合变换相关中相关峰的位置和高 度的讨论; 对彩色图像的分色原理即混色原理的介绍; 对三色光栅的制作及工作原理的分 析;最后对液晶光阀、c c d的结构及工作原埋及胶片的感光性能做了分析。 2 . 1 联合变换相关 圣2 . 1 . 1 联合变换相关的概念n 7 1 以下讨论都是基于一维图像，得到的结论很容易推广到二维图像. 设 参 考图 像为 f ( x 十 a ) 。 识 别图 像 为f ( x 一 ， 两 个图 像同 时作 为 输入 信 号 ， 傅 立叶 变换得: f . 找 f (x + a ) + f , ( x 一 a ) = f .7 1 f ( x + a ) + f .7 1 f ( x 一 a ) ( 2 - 1 ) 相应的功率谱为: if .4 f i(x 十 。 ) 十 f .取(x 一 。 )12 二 f .g f i(x + a )1r + if .7 if a(x 一 “ )1 2 + f . 7 i f (x + a ) , - f . q f z ( x 一 a ) 1. + f . l j , (x ” a ) . f . 7 f , ( x 一 a ) ( 2一 2 ) 对以上功率谱逆傅立叶变换得: f (p ) . f ( p ) + f ( p ) . f ( p ) 十 f ( p ) . f ( p m p 一 2 a ) 十 儿(p)oa(p)*9(p十 2 a ) 其中q为相关符号。 以 上由 输入物体到输出结果的过程叫联合变 换相关 ( j o i n t t r a n s f o r m c r r e l a t o r 称 j t c。 ( 2一 3 ) 2 . 1 . 2 j t c相关峰的位置 相关峰的位置即相关峰在相关结果甲的坐标，为了研究它与输入物体间位置的关 系，作了 如下分析 设物函数为 ax ) 二 f ( x + a ) + f z ( x 一 ， ) 其 中f ( x + a ) 为 参 考图 像，儿 (x + a ) 为待识 n i)图 像 一-一一一一.-钾一，一.一一一一 第二章 相关知识 其对应的t f c 结果为 13 7 1 p t h ( p ) 二 f i ( p ) , 解 码系统:指透镜2 及光谱接收装置c c d; 相关系统;指准直光系统、1 . c d、 透镜3 及接 收相关结果的c c d。 下面是 对系统工作原理的数学描述: i 3 第三革 基于三色光姗的彩色i t c系统的分析 设彩色图像可以表示为 t (x ,y ) = t , ( x , y ) + i , ( x ,y ) + i , ( x ,y ) = a , ( x , y ) a * , ( x , y ) ， a , ( x , y ) - a , ( x ,y ) ， 4 6 ( x ,y ) a ,b ( x ,y ) ( 3 一l ) 其 中 :a , ( x , y ) = a , ( x , y ) - + a , , ( x , y ) a 8 ( x ,y ) 二 4 ,e ( x , y ) + a , ( x , y ) a ,( x , y ) 二 a ib ( x , y ) + a , 6 ( x , y ) 三 色光 栅可 表 示 为:g = 炕+ 气十 炕( 3 一 2 ) 液晶光阀是一种强度响应器件，但由于在本实验中要求它工作在线性区，所以可以用复振 幅来分析其输入光、输出光。 参照光路图，彩色图 像在液晶光阀 写入血上的编码函数可表示为; e ( x , y ) = a , ( 二 , y ) c r, ( x , y ) + a a ( x ,y ) . g , ( x ,y ) -i a b ( x ,y ) .g , (x , y ) ( 3 一3 ) 其中x , y 为 液晶 光 阀 写 入 面的 坐 标， 4 , , a a , a 。 为 相 应 彩色 物函 数的 像函 数 。 液晶光阀读出图 像 ( 正 像读出)的 振幅表示为: e ( x , y ) = cr组 ; (x ” ，夕 ” 卜 g ; ( x ，y ” ) 十 ( , a8 ( x ， y ) . g , ( x ， y ) 十 q 4 b ( x ， y) . 气( - ,y ) ( 3 一 4 ) 其中c气，几为 液 晶 光阀 对 相 应 颜色 光 的 读出 增益 系 数 这样，在透镜3 的傅立叶平面上 可以 得到编码彩色 图像函数的 衍射谱: f .y t e ( x , y ) = f . 4 c .a , ( x ， y ) ,g ( x , y ) + f . 找 c , a , ( x ， y ) , g , ( x 刘 + f , . b a b ( x , y ) . g b ( x , y ) 二 f . t i c , a , (x y )卜 f . j g , ( x y ) t f .t 1 c . a , ( x ,y )l* f . g g , ( x ， y ), + f . t t c , 4 b ( x ,y ) 卜 f .叹 o b ( x ， y ) ( 3一 5 ) 其 中 f . 找 g ( x , y )l 是 相 应 编 码 光 栅 的 衍 射 谱 ， 在 每 一 个 衍 射 级 上 都 卷 积 有 图 像 的 频 潜 ， 并 且 如 果c ,g , 二 c . c s二 c 6 g 6 ， 那 么 在 零 级 可以 得到 图 像 的 强 度谱 。 分 别 取 红， 绿， 蓝 衍射 方向 上一个一级和零级，便形成四 个通道，分别对应彩色图 像的红、 绿、 蓝三基色部分 和 灰度图像。 以红 色通道为例，c c d接收到的图像频i 普 为 f .7 1 a , ( x ,y ) 一 f . t j a ( x , y ) a zr ( x + 一.，.，.，.，.一.一-.-一一-.一叶一-一一1一一，.，.目，一.，一-， 1 4 第三草 基于三色光姗的彩色j t c系统的分析 = f . 7 t a ( x ， y ,小1 . 1 1 .-1 . (x ， y ) = f , ( p , 4 ) + f , ( p , d ) 其 中f ( p ,n ) 一 f .7 t a ( x ,y )j f 2 j p , 9 ) = f . 巾2 , ( x , .j ) 强 度 谱 为 if , ( 二 9 ) + f , ( p , 4 ) l， 一 1 i. ( p , 0 2 .f 卜 , ( p , g 1i2 + f t, ( p , q ) f 2 , ( p , 9 ) + f i, ( p , 4 ) . f . ( p , n ) l c d是强度正透射器件 ( 即在饱和值以 卜 的控制信号 越强，其透过率越大)， 的强度透过率函数可以表示为: ( 3一 6 ) ( 3一 7 ) 所以l c d = 中 f v (p ,9 )i2 + if , (p , q )l : ，(， ，、 ， f , (p ,9 )十 f ,.(二 ， ) -1, (p ,r ) ， 一 ， 其中:c 为比 例系数: 与c c d的 增益系数和l c d的电 光响 应系数有关。 设照射 l c d的准直光的强度为 1 ，那么在相关透镜的傅立叶平面上将周到: f .t ttl = f .t c if (p ,4 )i2 + ,1z,(p ,n )i 2 + f i,( p ,9 )f *2,(p ,9 ) + f 3,(p ,4 ) .f 2, (二 。 )j1 = c jf . q jf , (p , 4 f + f .7 1 f z. (p , g 2 + f .g f (p ,4 ) .f 二 (p ,9 ) r f .7 t f ,(p ,9 ) -f 2,( p ,4 )j = c a ( x ,y ) . a( x ,y ) + a 2 , ( x , y ) a 2 , ( x , y ) + a , ( x ,y ) . a , ( x ,y ) + a 2 , ( x ,y ) o a , ( x , y ) ( 3一 9 ) 其中，第一项和第二项为自 相关项，第 三项和第四项为互相关项， 着将c c d 2 置于 透镜3 的 傅立叶 平面上接收输出， 就会得到彩色参考物 和识别物在相应通道上的 联合变换相关结 果。 3 . 2 液晶光阀工作点的选取(4 1 1 液晶 光阀的工作电 压、 频率，以及2 3 入光的 照度、 读出傲光的偏振方向 等都 必须按照 实际情况仔细调整，不同的工作点，性能差异较大。为了保证液晶光阀工作在线形区，有 最大的线形范围，应当选一个合适的工作点。选取方法是，首先根据厂家给出的参考工作 点电 压与参考工作频率， 用衰减器调节写入光的强度，求得一个最佳工作点。然后改变电 压和频率，再调节光强，求得另一个1作点。最后从这一系列求得的工作点中作出比较选 择， 就可以获得较为理想的 实验结果。本实验所选工作点为榆入光强为i wu , v ,工作电 压 为2 . 8 v，工作频率为2 . s k hz 。 图3 . 2 . 1 为液晶光阀的性能曲 线。 1 5 第三牵基于 _ 龙 几光攫的彩色 i t c系统的分析 本实验用感光胶片制作衰减调节 器，制作方法如下 : 用 m 5 4 0 图像处 理软件分别制竹 三副精确确定灰度的图像，它们的灰度比为: ( 2 6 8 x 9 2 3 :( 2 3 6 x 1 4 4 4 : (2 6 9 、 1 2 5 5 = 0 .7 2 6 :1 :0 .9 9 (3 一4 0 ) 用这三剐图像等光圈，等时间的分别照时三个黑臼胶片，冲洗时也要保证共条件相同.这 样就可以 得到 所要求的调 节补偿器， 它们的达过率比为:1 : 0 . 7 2 6 : 0 . 7 3 3 。 以 上讨论都是以 氢灯作为照明光源， 而旅灯本 身有其福射谱 线， 所以在以 j】 i 的一 定带宽的光强传输平均结果中，带宽中小同的光 所占的比 重取决于 瓜灯的 光谱曲线。 所以 严格来讲，衰减器的透过率也应当以瓜灯作为照明光源来分析。 3 . 4 l c d及 c c d的分辨率对解码透镜焦距的要求 本实验所采用的 i - c d为台湾元太公 司的 p 1 8 a d 1 ， c c i ) 为台 湾敏通公司的 m t v - 1 8 8 1 e x。由于l c d及c c d都是点阵结构， 它们对相十条纹的记录过程实质上足一个取 样过程， 应当 满足取样定理， 即相干条纹的密度应当 小于l c d和c c d分辨率的.二 分之一。 . _、. _ _二_ . _ _、 .l _ _ 分 、 . 、 ， _ ， _ 。， 、。_ 一.2 a 成相天的阴图似相犯为a ，解码透镜四跳犯为1，那么相十乐双岔仪内 不丁 。 习 设c c d的 分 辨 率 为n ， 则 应n 有: n , 2aaf ( 3一4 1 ) 4 a j 之: 二 万- j 刁 了 v 。 ( 3一4 2 ) 可 见c c d分 辨率 越 高， 物距 越 小， 达 镜焦 距 j 以 越短。 实 验 中a = 5 m m , n a = 6 0 0 m m - ， a = 6 3 2 n m， 求得焦距 应满足的条件为 f二 5 2 . 7 m m。 参照实验光路图.l c d的透过率受 c c i ) 视频输出信号的控制。因为它们所接收的图 像面积相同，但显示面积不同，所以在讨论过程中应注意到 l c d和 c c d之间的图像传输 关系。 c c d的 图 像 面 积为 :7 9 5 m 城f l ) 、 6 .4 5 m ( v l c d 的 显 示面 积 为:3 6 .5 n im ( h ) x 2 7 .5 n : m ( ) ) 1 .c 1 ) 的 点 阵fo l距为 :0 .0 7 6 m m ( h ) x 0 .1 1 7 m n v ) 得 l c i ， 的 分 辨 率 为 ;坛 0 7 6 ( h ) 、 允 .1 1 7 ( v ) so 1 3 .2 m m - (h ) x 8 .5 m m 一 (v ) l c d与c c d的 横向和纵向的宽度比 为: 3 6 买 9 5 ( 11 ) x 2 7 .4 , 6 .4 5 ( p ) 一 4 .5 9 ( h ) / 4 .2 5 ( v l c d相对 于c c d所接收图像的实际分拚率为: 2 n 第三章 基 十三色光姗的彩色p r c系统的分析 ( 4 .5 9 n 1 3 .2 x 1 1 ) / ( 4 2 5 / 8 .s 关 1 ) 一 6 0 .6 n m i- ( 1 1 ) x 3 6 .1 m n ， 一， ( v ) 因为纵向分辨率低一横向 分辨率， 所以来川纵向 分姗率进行计 算， 得: 4 u 1 2 ! 兄 从， 4 0 . 6 3 2 x x 1一 。 8 7 7 m m 1 0 x 3 6 . 1 ( 3一 4 3 ) 可见，现有的 l c d 要求解码透镜的焦a ! 至少应 为8 7 7 m m，在本实验中通过用会聚光照射 凸透镜来获得长焦距。 第i ll 牵 实验结 k ! 分u f 及ti l t 论 第四章 实验结果分析及讨论 为了验证未统的可打性，我们作 j以 卜 买脸: 1 ,对系统色分解能力的测试;2,对 系统通道对称性的测试;3 、 对系统 对多灰反输入图像相关性能的测试;4、 根据参考图 像和实验相关结果 对未知识 别图 像的形状及颜色的 大致判断。 本章对实脸结果分别进i 于 了 详细分析，并讨论了三色光栅的衍射效率及 c c d的噪声对相关峰的影响。 4 . 1 弓 1 言 为了便于分析与比较，对实 验结果进行 i 如下处 理: 一、l c d是阵列结构的正透射器件.在 低于 饱和值的条件下， 透过率随视频控制信 号的 增大而 增大，当控制信号 只包含噪声时， 其透过率虽然很低， 但仍存在衍射， 为此， 相关结果应该等于实验结果减掉l c i ) 的噪户衍射。 二、在对实验结果的分析过程中，为了 使于 观察 和比较， 还用 g f a f f o o l 软件画了 三 维图。由于绝对相关峰高度与图像的形状有关系， 如，两个 “ ” 的绝对相关峰的高度必 然低于两个 “ 二”的绝对相关峰的高度，囚此，在幽图时我们对实验结果进行了归一化处 理，即 相关结果中的每一个值等于其除以零级峰的峰高后得到的值。 三、 为了突出相关峰， 增加对比度: 我们在画图时对归一化结果进行了上取闽处理， 即以 某个定值 ( 如 1 0 0 ) 为闽值， 令实验数 据中低于该阅 值的保持不变， 高于该闽 值的则 使其等于该ia值。 夸4 . 2 实验结果及对结果的分析 为了测试系统的性能，我们作了以卜 实验; i 、对系统色分 解能力的测试 通过前面的理论分析可以 看出， 系统色分解能 力的好坏对系统的识别能力有很大的 影响。 系统的色分解，即 彩色光通过三色光 栅后， 分解为适当比 例的红、 绿、 蓝三 种基色 光， 分别作为白 色、红色、绿色、蓝 色通道的输入光。如 果系统有好的色分解能力，则当 输入为单鉴色图像时，在解码焦平面上，应当只有相应基色的衍射，当输入r l g 合色 ( 如黄 色是红、绿 色的混合色)图像时， 在解码焦平面上 ， 应当 只有相应组成基色的衍射。 为了 测试系统的色分 解能 力，找们 川制作三色 光栅时的红、绿、 蓝滤色片实现三 种 基色的输入，以黄色滤色片 ( 本实验只有黄色滤色片，所以只做 了黄色棍合色)实现q合 色的输入。 图4 . 1 . 1 ( a 一d ) 为相应的 衍射m w 1 ， 可 见，-a 输入光为单基 色时， 都只在单 一力 向上有衍射，说明系统对单基色的色分解能力很好;当榆入为黄色混合色时，只在红、绿 两中荃色方向上有衍射，说明系统对黄色i ts 合色的色分解能力也很好。 第四章 实脸结果分析及讨论 2、对系统通道对称性的测试 所谓系统通道的对称性是指实验的相 关结果，既可以 在四个 通道之间进u比 较，也可 以在同 一 通道，对小同组输入图像进行比较。为 了 测试该性能，找们选取参考彩色图像为 白 色 “ e”， 待识别彩色图 像分别为白色“ h ，自色 “ l ，白色 “ v, 这里所说的 白 色指照明光源叙 灯的 颜色， 小经过任何沌色。这样爹考图 像和识 别图像在各个通道上的 分量对应完全相同，也 就是说:理论上， 对于le i - - 组输入图像， 在对结果归一 化以后， 四 个通道相关峰的 位置和高度应该完全 相同，即四 个通道 相互间可以 进行比较;另外当多考 图像相同时，不同的识别图像在问一通道上 相关峰的高度应当随相似程度的不同而不同， 相似程度越大， 相关峰 越高， 即两个 “ e” 的相关峰比 “ e” 和 “ l”的 相关峰要高， 而 “ e” 和 “ v” 基本上没有相关峰。 实验结果如iih 4 . 1 . 2 ( a一 c ) 一4 . 1 . 4 ( a一 。 )， 在每 一 个三维图的下面都标有峰高 及相应的 坐际 ， 汀 以 看出 左右两个相关峰的高 度并小相同，为 此取左右两 峰的 平均 值作为相关峰的高 度，为了 比较各 副图 相关峰的位置， 取右左两 峰横 坐标间距离的二分之一为相关峰的横坐标，取纵坐标间距离的二分之为相关 峰的纵坐 标。这样， 各相关峰的高度和位置如表4 . 1 . 1。 表 4 . 1 . 1各通遨相关峰的高度和坐标 卫架巫纂一2 灰度通道 红 色 通 道 绿色通道 蓝色通道 起伏 ， 和 “ e” “e”和 “l” 二 亚高一 - - ii 4 “ e”平1 1“v ， 坐标峰高坐标坐标峰高 ( 2 8 . 5 , 0 . 5 ) 6 4. 5 ( 2 8 , 0 . 5 ) 0 一几_ _-( 2 8 , 2 . 0 ) 6 3. 5 ( 2 8 , 0 . 5 )- 一 二互一 ( 2 9 , 1 . 0 ) 6 3 ( 2 9 , 2 . ) ( 2 9 , 1 .0 ) 0 r -:- 二 一 一 、 ( 2 8 . 5 , 2 . 0 ) 6 30 份 一 : 二 - ( 1 , 1 .5 ) 1 . 5 ( 1 , 1 . 5 ) 一下一 一 、 、 、 注:表中峰高数值是一个相刘值.汉有单位，而坐标的单位是像素。 对于参 考图 像 “ e” 和识别图像 “ e”， 峰高 在 8 2 . 5 一8 4 . 5 之间， 起伏为2 ， 坐标 起伏为( 1 , 1 . 5 ) ,着以 零级峰高 ( 2 0 0) 作丛数求峰值相对起伏。以坐标宽度 ( s o ，8 0) 为基数求坐标相对起伏，得相对起伏分别为 1 %, ( 1 . 2 5 % . 1 . 8 7 5 0. x )，起伏不人， 这说 明同一 组图像的各 个通道的峰高和位置可 比。 在p i - .- 通道， 如表4 . 1 . 1 ， 参考物都为 “ e” ， 识别物为 “e”时的各个通道的相关峰值都高于识别物为 “l”时相应通道的相关峰值， 识别物为 “ v”时，在各通道都没有相关峰，说明在同一通道，不同组的愉入图像之间可 比。 3 、系统对多灰度彩色图像的识别 通过第三章的理论分析可以石出，为 j 使鼓后的相关结果能止确反映图像的灰l i t 相似 程度，要求液晶光阀_ l 作在线形区，为此，做 r 以 卜 实验，以检验系统对多灰度图像的识 别性能。 实验上用彩色滤色片贴于图像农面形成彩色图像。不i v j 的滤色片对可见光的透过率是 第四章 实验结果分沂及讨论 识别图 像相应通道部分相对于参考图像 相应通道部分的位移为 ( 5 .1 5m rn ,0 1 6 m m ), ( 5 .0 7 m m ,o in m ) , ( 5 .1 5 m m ,o m m ) 与两图像的实际相对位移做比较，可见基本吻合. 二、 两图像各基色的相对分布不相同 选取参考图 像为 “ e” ，识别图像为 “ l” ，它 们的 颜色分布如图4 . 1 . 7 ( a ) ， 红色部 分完全相同， 但是相对位置在斜方向上。 实验结果如图4 . 1 . 7 ( b , c ) ， 红色通道有很强的相关 峰，其坐标为 ( 2 8 . 5，3 1 ); 绿色通道的相关峰比红色通道的弱很多.但比白 色通道的 高，其相关峰的 坐标与白 色通道的 相同，为 ( 2 8 . 5 , 1 .0) ;蓝色通道没 有输出。结合参 考图像可知，识别图像包含红、绿两种荃色，其红色部分与参考图像的红色部分相似程度 很 大， 相 对 位 移 为( 5 .0 7 m m ,4 1 2 m m ) ; 识 别 图 像 的 绿色 部 分 与 参 考图 像的 绿 色部 分 有 一 定 相 似 程 度， 相 对位 移 为( 5 .o 7 m in ,o n i m ) 。 可 见 实 la 结 果得 出 的识 别 图 像的 各 m 色 组 成 部 分 分 布 与图4 . 1 . 5 的识别图像一致，说明系统可以通过各通道相关峰之间的位置关系，由参考物 体反推识别图像。 5 、白色通道作用的讨论 系统的四 个通道在提供识别图 像的信息方面是同等重要的，白 色通道是无色通道，即 它并不考虑参考物和识别物的颜色特性， 而只是对两个图像的形状和灰 度作出相关，红、 绿、蓝三个基色通道是作为颜色通道而存在，即它们各自反映两图像相应墓色部分的相似 程度。当然， 如果系 统只用于判断 参考图 像和识别图 像是否相同， 那么，白色通道将不再 有存在的价值， 但是作为一个识别系统所要做的不只 如此， 它应当 提供尽 可能多的有关识 别 图 像的 信 息 : 而白 色通 道 可以 提 供其 它 三 个 通 道无 法得 到 的 信 息， 较明 显的 一 个 例 子 就 是 参 考图 像为 蓝 色的“ e ” ， 识 别 图 像 为 绿 色的“ e ” ， 实 验 结 果如 图4 .1 .8 ( a 一c ) . 红 色通道没有输出:说明识别图像不包含红色基色;绿色、 蓝色通道有输出，但没有相关， 如果只基于这三个颜色通道，那么只会得出识别图像的各种颜色组成与相应参考图像的各 种颜色组成完全不同;再看白 色通道， 有很强的相关 峰，说明识别物与 参考物的形状和整 体灰度相似程度很大。可见.白 色通道有其存在的必要性，它能够增大系统所能提供的信 息量。 互4 . 3对相关峰的讨论 通过上面的实验结果可以看出，相关峰的半宽度比较大，这会使相关峰的坐标难以精 确确定，从而影响系统的识别能力。为 r 研究提高相关峰锐度的方法，本节讨论 了三色光 栅的衍射效率及 c c d的噪声对相关峰的影响。 4 .3 . 1三色光栅的衍射效率对相关峰的影响 参照实验光路图可知， 三色光栅先经过滤波器在液晶光阀写入面形成余弦光栅编码 像，读出激光由液晶 光阀读出面将编码像读出，经过透镜后， 在 c c d接收面上 产生 相干 功 率璐 c c d 利 用 相千 功 率 谱 控制1 ,c 1 业兰 丝率， 这 样， 当 准 真 丝 坐些红 左 旦 - it-a丝 些 第 五 食结 论 第五章 结论 本文提出一种新的多通道彩色物体联合变换相关器，该系统用非相干光照明，基于混 色原理利用三色光栅实现颜色的色分解，在解码焦平面上分通道。取零级衍射和三个不6 方向上的三个一级衍射形成无色和颜色通道，其中无色通道称为 白色通道，反映输入物体 间 整体形状和整 体灰度的 相似性，该 通道弥补了在颜色分 解中信息丢 失的 缺陷; 颜色通道 分别称为 红色通道、绿色通道、蓝色通道，反映输人物体相应基色组成部分间 的相似性。 在判断输入物体相同或不相同时，白色通道起辅助作用，甚至可以不要，但在识别物体未 知时，白 色 通道将提供颜色通道无法得出的信息。四 个通道之间是平等关系。由于 实际的 三 色光栅并 不是纯粹的 红、绿、蓝三个光栅的相加， 还存在交叉相乘关系， 这将造成颜色 串扰。为了消除三色光栅的这种交叉关系，在其傅立叶平面上增加了滤波器，用于进行空 间 和波长 滤波， 另外， 编码系 统对红、绿、蓝三种基色光的传输并不是 等比 例的， 所以 还 应当在滤波器上加上强度调节器。 在相关系统中，l c d的分辨率较低， 为了能够读出相干 条纹， 根据取样定理， 在本系统中 要求解码透镜的 焦距大于8 7 7 m m 。 通过实验结果可以 看 出，该系统具有很好色分解能力，强度区别读出能力，根据参考物体和相关结果还可以对 未知识别物体做出大致推断。由于使用的是 j t c方法， 所以本系统还兼有实时、并行、易 实 现等优点。不过， 三色光栅的衍射效率及光栅相加特性有待提高， 因为这 将影响系 统的 鉴别能力。另外虽然在理论分析和做实验时，输入彩色物体都是两个物体，实际上该系统 还适合于多输入彩色物体的情况，这方面的问题有待进一步讨论。 一一-一一一一一-卜一一-一-d一一-一-一.一一，一.，.-，-.一- 匆 今 考 文 以 参考文献 1 . a . v a n d e r l u g t ， s ig n a l d e t e c t i o n 妙 c o m p l e x s p a t i a l f il t e r i n g r a d a r l a b o r a t o r y r e p o rt n o . 4 5 9 4 - 2 2 - t， i n s t i t u te o f s c i e n c e a n d t e c h no l o g y ， u n i v e r s i t y o f mi c h ig a n ， a n n a r b o r ， 1 9 6 3 . 2 . a . v a n d e r l u d t , s i g n a l d e t e c ti o n 妙c o m p l e x s p a 时 f i l t e r i n 9 ， ， i e e e t r a m i n f o r m . t h e r o y ， 1 t - 1 0 ， 1 3 9 ( 1 9 6 4 ) . 3 . c . s . we a v e r a n d j . w. g o o d m a n . a t e c h u n iq u e f o r o p t i c a l l y c o n v o l v in g t w o f u n c t i o n s ， a p p l o p t . 5 ， 1 2 4 8 - 1 2 4 9 ( 1 9 6 6 ) . 4 . b . j a v i d i and s . f . o d e h ， m u h i p l r o b j e c t i d e n t i f i c a ti o n b y b i p o l a r j o i n t t r a n s f o r m e o r r e l a t o r 、 o p t . e n g . 2 7 ， 2 9 5 - 3 0 0 ( 1 9 8 8 ) . 5 . q . t an g and b . j a v i d i ， mu l ti p l e - o b j e c t d e t e c t i o n w i t h a c h i p - e n c o d e d j o i n t t r a n s f o r m c o r r e wo r ” ， a p p l . o p t . 3 2， 5 0 7 9 - 5 0 8 8 ( 1 9 9 3 ) . 6 . f . c h e n o g n 皿 li o n u s in g a li q u i d c ry s ta l t e l e v i s i o n b a s e d j o i n t t r a n s f o r m c o r r e l a t i o n ” ， a p p l . o p t . 2 6 ， 1 3 7 1 1 - 1 3 7 2 ( 1 9 8 7 ) 1 9 . e . c . t a m， f . t . s . y u ， o . a . g r e g o ry a n d i t . u .j u d a y ， d a t a a s s o c i a t i o n m u t i p le t a r g e t l r a c h i n g u s i n g a p h a s e - m o s t ly li q u i d c ry s t a l t e l e v i s i o n ” ， o p t . e n g . 2 9 ， 1 1 1 4 - 1 1 2 1 ( 1 9 9 0 ) . 2 0 . s . t u t a mu li a 。 j o i n t t r a n s f o r m c o r r e l a t i o n a n d t h e i r a p p li c a t i o n s ” p r o c . s p i e. 1 8 1 2 , 2 3 3 - 2 4 3 ( 1 9 9 2 ) . 2 1 . g . l u . z . z h a n g a n d f . t . s . y u , p h a s e - e n c o d e d i n p u t j o i n t tr a n s f o r m c o r r e l a t io n w i t h i m p r o v e d p a tte rn d is c r im in a b if ly ” o p l l c tt . 2 6 ,- 1 3 0 7 - 1 3 0 9 ( 1 9 9 5 ) ._ _ _ _ _ _ _ _ _ 参考文献 h . k. s h i ， f. t. s . y u “ c o l o r - s e n s i ti v e s p a ti a l f i l t e r s ” ，o p t . l e tt ， 3 ， 8 5 ( 1 9 7 8 ) . a n d t . h . c h a o ， c o l o r s i g n a l c o r r e l a t i o n d e t e c t e d 勿ma t c h e d s p a t i a l 2223 fi l t e r i n g , a p p l p h y s . 2 5 , 8 1 2 ( 1 9 8 3 ) 2 4 . z .q .w a n & c .m .c a r w ri g h t, c .s o u ta r , a n d w .a .g ill e sp ie , r e a l-tim e c o lo r im a g e c o rr e l a tio n w i t h a c o l o r l iq u i d - c r y s t a l t e l e v i s i o n a n d a f r e s n e l h o lo g r a p h ic fi l t e r , a p p l . o p t . 3 2 , 7 1 5 ( 1 9 9 3 ) 2 5 . m. d e u t s c h ， j .g a r c i a a n d d . ma n d lo v i c , mu l t i c h a n n e l s ig l e o u t p u t c o l o r p a tt e rn r e c o g n i t i o n 勿 u s e o f a j o in t tr a n s f o r m c o r re l a ti o n ” ， a p p l . o p t ， 3 5 ( 3 5 ) ， 6 9 7 6 - 6 9 8 2 , ( 1 9 9