Инвариантные корреляционные фильтры с линейным фазовым коэффициентом для лазерных систем корреляционного распознавания изображений

Злоказов, Евгений Юрьевич

Инвариантные корреляционные фильтры с линейным фазовым коэффициентом для лазерных систем корреляционного распознавания изображений тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.21 ВАК РФ

Злоказов, Евгений Юрьевич АВТОР

кандидата физико-математических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Москва МЕСТО ЗАЩИТЫ

2011 ГОД ЗАЩИТЫ

01.04.21 КОД ВАК РФ

Диссертация по физике на тему «Инвариантные корреляционные фильтры с линейным фазовым коэффициентом для лазерных систем корреляционного распознавания изображений»

Автореферат диссертации на тему "Инвариантные корреляционные фильтры с линейным фазовым коэффициентом для лазерных систем корреляционного распознавания изображений"

4844192

Злоказов Евгений Юрьевич

Инвариантные корреляционные фильтры с линейным фазовым коэффициентом для лазерных систем корреляционного распознавания изображений

Специальность 01.04.21 - лазерная физика

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Автор:

2 1 АПг» 2011

Москва 2011

4844192

Работа выполнена на кафедре "Лазерная физика" Национального исследовательского ядерного университета "МИФИ"

Научный руководитель: доктор физико-математических наук, профессор

Евтихиев Николай Николаевич

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук, профессор

Компанец Игорь Николаевич

Ведущая организация: Национальный исследовательский университет

Защита состоится 27 апреля 2011 года в 15-03 на заседании диссертационного совета Д 212.130.05 при Национальном исследовательском ядерном университете "МИФИ" по адресу: 115409, Москва, Каширское ш., 31, 323-95-26

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке НИЯУ МИФИ.

кандидат технических наук, доцент Одиноков Сергей Борисович

СПбГПУ (НИУ СПбГПУ)

Автореферат разослан /~и\р70< 2011 г.

Учёный секретарь

диссертационного совета

Евсеев И.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Корреляционное распознавание изображений является одним из наиболее широко применяемых и перспективных инструментов для поиска, идентификации, локализации и слежения за объектами относительно сложных форм. Перспективность методов корреляционного распознавания обусловлена возможностью их реализации в высокоскоростных системах распознавания образов, использующих оптнко-электронные устройства, принцип работы которых основан на применении методов оптической обработки информации.

Методы корреляционного распознавания основаны на сравнении входного изображения с изображениями эталонных объектов из базы данных системы распознавания. Ранее корреляционные методы нашли успешное применение в таких технических решениях, как системы автоматической медицинской диагностики, системы биометрического и голографического доступа по изображению ключа, системы обработки данных высокочастотных антенных решеток и т.д. Как правило, решаемые с помощью устройств перечисленных типов задачи не требуют оперативности счёта, что даёт возможность их создания с использованием исключительно электронных вычислительных средств.

Для высокой эффективности функционирования таких устройств, как бортовые навигационные системы с ориентацией по изображениям местности, системы идентификации, классификации и слежения за быстродвижущими-ся объектами схожих форм, системы поиска и регистрации лиц в видеопотоке изображений трафика в реальном времени, необходимо использование изображений в высоком разрешении, а так же осуществление оперативного поиска эталонных изображений в больших базах данных. Перспективным методом достижения высоких скоростей вычислений в данном случае является реализация методов корреляционного распознавания в олтико-электронных корреляционных системах. В качестве основного функционального устройства такие системы используют когерентные корреляторы изображений.

Интерес к оптико-электронным устройствам обработки информации связан с возможностью достижения высоких скоростей выполнения вычислительных операций благодаря высокому параллелизму обработки данных. В

течение последнего десятилетия существенное развитие получили оптические устройства маршрутизации и коммутации потоков данных в высокопроизводительных вычислительных системах, оптические специализированные процессоры, в том числе оптические матричные процессоры, и радиооптические устройства. Производительность таких устройств достигала 1013 операций с фиксированной точкой в секунду, в то время как скорость счёта аналогичных исключительно электронных устройств не превышает Ю10 операций в секунду. Наряду с этим, развитие элементной базы устройств отображения и считывания изображений открыло возможности для разработки оптико-электронных корреляционных устройств для систем высокоскоростного распознавания образов.

В настоящее время имеется информация о ряде успешных реализаций оптико-электронных устройств распознавания, основанных на когерентных корреляторах изображений. К примеру, разработана и коммерчески освоена система чтения и понимания дорожных знаков компании Cambridge Correlators, рекордными характеристиками обладают системы слежения за подвижными целями, основанные на оптико-электронных корреляторах изображений Jet Propulsion Lab. (NASA), в Японии разработана оптическая корреляционная система распознавания лиц, а также сервер осуществляющий быструю фильтрацию нелегального видео контента FARCO и т.д.

корреляционные пики могут появиться как следствие корреляции эталона с ложными объектами. Наличие шумов во входной плоскости может привести к снижению точности локализации интересующего объекта в плоскости входного изображения. Наравне с этим, метод корреляционного распознавания не устойчив к возможным искажениям самого изображения эталонного объекта. Применение в качестве эталона математически синтезированных инвариантных корреляционных фильтров (далее КФ), содержащих информацию как об эталонном объекте, так и об его возможных искажениях, позволяет в той или иной степени избавиться от перечисленных недостатков.

Особый практический интерес представляет распознавание объектов, представленных в виде бинарных контурных изображений. Достижения в области алгоритмов оконтуриванпя, используемых для предобработки входных изображений, в ряде случаев дают возможность устойчивого распознавания в условиях переменной освещённости эталонного объекта либо в условиях ограниченной видимости. Анализ показывает, что перспективным для устойчивого к искажениям и помехам распознавания бинарных контурных изображений является использование составного инвариантного корреляционного фильтра с линейным фазовым коэффициентом (далее КФ ЛФК).

Идея синтеза и применения КФ ЛФК для инвариантного распознавания объектов была предложена Л. Хассебруком (НазБеЬгоок 1990). С момента их появления КФ ЛФК посвящен целый ряд работ по исследованию различных аспектов их синтеза, но их применению в условиях конкретных постановок задачи распознавания. Результаты этих работ свидетельствует о высоких характеристиках распознавания бинарных контурных изображений с применением КФ ЛФК. Однако, несмотря на достоинства, комплексная природа фильтра ограничивает возможность его реализации в схемах когерентных корреляторов изображений. В работе (НазвеЬгоок 1994) была предпринята попытка реализации КФ ЛФК в схеме коррелятора с фильтрацией в плоскости пространственных частот (4-Р коррелятор) на основе метода псевдослучайного чисто фазового кодирования, который оказался критически сложным и малоприменимым при практическом использовании. Применение методов

цифровой голографии в сочетании с использованием устройств отображения с высоким разрешением делает возможной реализацию КФ ЛФК в виде чисто амплитудных либо чисто фазовых голографических фильтров, синтезированных по аналогии с методом записи голограмм Вандер Люгга. Однако, сведенья о подобной реализации КФ ЛФК в схеме дифракционного коррелятора Вандер Люгта отсутствуют.

Для достижения рекордной производительности когерентных корреляторов изображений необходимо использовать устройства с как можно меньшим временем отклика. Доступные в настоящее время высокочастотные модуляторы с большим разрешением обладают ограниченным динамическим диапазоном модуляции пропускания. Наиболее быстрыми являются бинарные модуляторы света. Исследование влияния ограничений динамического диапазона модуляции на распознавательную способность и исследование возможностей применения бинарной модуляции при реализации синтезированных голографических корреляционных фильтров играет ключевую роль при разработке оптико-электронных корреляционных устройств для систем высокоскоростного распознавания изображений.

В соответствии с выше указанным, целью диссертации является разработка методов реализации и применения инвариантных корреляционных фильтров с линейным фазовым коэффициентом (КФ ЛФК) в современных лазерных системах корреляционного распознавания изображений.

Для достижения указанной цели были поставлены следующие задачи:

1. Проведение исследования особенностей синтеза и распознавательных характеристик КФ ЛФК.

2. Исследование и разработка методов реализации КФ ЛФК в виде синтезированных дифракционных элементов в схемах когерентных оптических корреляторов изображений.

3. Численное моделирование работы когерентного оптического коррелятора изображений на основе синтезированных дифракционных элементов

в условиях использования носителей с ограниченным динамическим диапазоном модуляции.

4. Численное моделирование работы когерентного оптического коррелятора изображений на основе синтезированных дифракционных элементов, реализованных с помощью бинарных голографических носителей.

5. Экспериментальное макетирование когерентного оптического коррелятора изображений на базе КФ ЛФК, реализованных с использованием бинарных голографических носителей.

Научная новизна диссертации состоит в следующем:

1. Анализ свойств и характеристик фильтров с линейным фазовым коэффициентом (КФ ЛФК) показал перспективность их применения в высокоскоростных лазерных корреляционных системах распознавания. Показано, что характеристики современных голографических носителей допускают реализацию КФ ЛФК в схемах когерентных корреляторов изображений в виде синтезированных дифракционных элементов.

2. Впервые предложен метод реализации КФ ЛФК в схеме когерентного оптического коррелятора изображений в виде синтезированных Фурье-голограмм с использованием либо чисто амплитудных либо чисто фазовых носителей. Выявлены основные ограничения, определяющиеся характеристиками используемого голографического носителя.

3. На основании результатов численного моделирования работы когерентного оптического коррелятора Вандер Люгта, использующего гологра-фические носители с ограниченным динамическим диапазоном модуляции впервые определены допустимые и достаточные границы числа уровней представления пропускания голографического фильтра соответствующего исследуемому КФ ЛФК.

4. На основании результатов численного моделирования работы когерентного оптического коррелятора изображений, использующего бинарные

голографические носители для реализации КФ ЛФК в виде Фурье-голограммы впервые установлено, что из всех исследованных методов прямой бинаризации только метод Отсу в ряде случаев позволяет сохранить распознавательные характеристики голографического фильтра. В случае реализации фильтра с использованием для представления уровней пропускания бинарного растра впервые определена нижняя граница требуемого числа представляемых уровней.

5. Впервые экспериментально продемонстрирована реализация КФ ЛФК в схеме когерентного оптического коррелятора изображений в виде амплитудных Фурье-голограмм с использованием бинарных голографических носителей.

Практическое значение диссертации заключается в том, что она служит теоретической и экспериментальной базой для создания высокоскоростных лазерных корреляционных систем распознавания изображений. Предложенный в работе метод реализации инвариантных корреляционных фильтров в виде специально синтезированных голографических элементов, даёт возможность применять современные средства модуляции лазерного излучения для их реализации в когерентном корреляторе изображений.

Основные научные положения, выносимые на защиту:

1. Инвариантные корреляционные фильтры с линейным фазовым коэффициентом (КФ ЛФК) могут быть реализованы в когерентном корреляторе Вандер Люгта в виде синтезированных Фурье-голограмм (голографических фильтров) для высокоскоростного устойчивого к искажениям распознавания бинарных контурных изображений.

2. Расчётным путём показано, что КФ ЛФК обеспечивают устойчивость распознавания к различного вида геометрическим искажениям входного объекта относительно эталонного, в том числе при зашумлении входного объекта до 4 — 6%.

3. На основании результатов численного моделирования установлено, что для реализации КФ ЛФК в схеме коррелятора Вандер Люгта в виде синтезированных голографических фильтров могут быть использованы пространственно-временные модуляторы света с ограниченным динамическим диапазоном представления пропускания. При этом ограничение числа уровней пропускания голографического фильтра до 32 не приводит к заметным изменениям в результате распознавания.

4. Численно и экспериментально апробирован способ реализации голографических фильтров в корреляторе Вандер Люгта с использованием бинарных голографических носителей. Показано, что для представления синтезированных голограмм в ряде случаев могут быть использованы методы прямой бинаризации изображений. Также показана возможность использования бинарного растра для представления уровней пропускания голографического фильтра. Определено, что при этом число реализуемых уровней пропускания должно быть не менее 16.

Апробация работы. Результаты диссертации докладывались на конференциях: на международной конференции SPIE "Security + Defence" (Тулуза, Франция, 2010); на международной конференции SPIE "Holography: Advances and Modern Trends" (Прага, Чешская Республика, 2009); на международной конференции SPIE "Defence and Security" (Орландо, США, 2008,

2009 гг); на VI Международной конференции "Фундаментальные проблемы оптики" (С-Пб., ИТМО, 2010); международной конференции молодых учёных и специалистов "0птика-2007" (С-Пб., ИТМО, 2007); на всероссийских научных конференциях "Научная сессия МИФИ" (Москва, 2007, 2008, 2009,

2010 гг); на "Всероссийской Выставке Научно-Технического Творчества Молодёжи НТТМ-2008" (Москва, ВВЦ, 2008), где были награждены дипломом.

Публикации по теме диссертации. По теме диссертации опубликовано 20 печатных работ, среди них: 4 статьи в рецензируемых журналах, б - в трудах международных конференций, 10 - в трудах всероссийских конференций.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Результаты исследований в рамках диссертационной темы изложены в следующем порядке.

Первая глава содержит обзор сведений о методах инвариантного к искажениям корреляционного распознавания изображений, а также вариантов их реализации в схемах когерентных корреляторов изображений.

В §1.1 приведён подробный обзор современной литературы по методам инвариантного корреляционного распознавания изображений. Все рассмотренные подходы разделены по принципу реализации на две группы: методы, основанные на выделении из изображения входного объекта гармонических компонент, инвариантных либо к повороту, либо к масштабированию изображения входного объекта, и методы использования составных объектов синтезированных на основе тренировочного набора изображений эталонного объекта, подвергнутого заранее определенному типу искажений. Отмечено, что перспективным для задач распознавания объектов, представленных в виде бинарных контурных изображений является составной фильтр с линейным фазовым коэффициентом (КФ ЛФК).

В §1.2 главы рассмотрены основные схемы когерентных оптических корреляторов изображений. На основании исследования специфики работы и характеристик приведённых в параграфе схем корреляторов установлено, что наиболее экономичной для реализации КФ ЛФК является схема 4-Р коррелятора, фильтрующий элемент которого изготовлен в соответствии с методом реализации голограмм Вандер Люгта. Также в параграфе приведены основы метода цифрового голографического синтеза, соответствующего методу Вандер Люгта. В конце главы предоставлен обзор современных средств модуляции лазерного излучения, рассмотрены основные технические характеристики и сделаны выводы о возможности их использования в качестве средств ввода оптической информации в когерентный оптический коррелятор изображений.

Вторая глава посвящена синтезу и исследованиям корреляционных характеристик КФ ЛФК, исследованию преимуществ и недостатков вариантов

их реализации в схемах когерентных корреляторов изображений и моделированию работы когерентного 4-F коррелятора на основе синтезированных фильтров, реализованного в виде голограммы Ваидер Лгогта.

В §2.1 второй главы приведены примеры синтезированных и исследованных фильтров. В качестве эталонных объектов использовались объекты как простых, так и относительно сложных форм.

Для подробного исследования характеристик и специфики синтеза КФ ЛФК, в качестве эталонного и ложных объектов были выбраны объекты, представленные на рис.1. Задача распознавания

была сформулирована следующим обра,- а ь

зом: необходимо распознать объект эталонного класса среди всех тестовых объектов, в условиях плоского поворота объекта во входной плоскости в диапазоне 180°.

Все используемые объекты обладают

Рис. 1: Изображения тестовых объектов:

схожими размерами, толщиной копту- а . „пшшнный объект (Truc); b-d - лож-pa, отдельными элементами и суммарной ные объекты (False 1-3)

интенсивностью. В качестве установленного критерия распознавания было выбрано следующее условие: интенсивность корреляционного пика для всех изображений объекта эталонного класса. искажённого в установленных пределах, должна быть выше порогового уровня, выбранного по максимальному значению интенсивности пиков для всех изображений объектов ложных классов.

Проведено исследование кросс-корреляционных свойств эталонного и ложных объектов. На основании зависимостей интенсивности пика корреляции изображения неискажённого эталонного объекта с изображениями тестовых объектов от угла, отклонения объекта во входной плоскости от нулевого положения был выбран угловой шаг для составления тренировочного набора

изображений для синтеза КФ ЛФК - 10°.

С использованием специального программного обеспечения, на основании составленного тренировочного набора, КФ ЛФК был синтезирован. Амплитуда синтезированного фильтра представлены на рис.2. Численный расчет корреляций синтезированного фильтра со всеми изображениями тестовых объектов показал положительные результаты, соответствующие установленному критерию распознавания.

Рис. 2: а — амплитуда синтезированного фильтра; Ь — зависимость интенсивности пика корреляции синтезированного КФ ЛФК с изображениями тестовых объектов от угла отклонения

объекта во входной плоскости

В §2.2 исследованы границы применимости синтезированного КФ ЛФК. Приведён пример объекта, корреляционно не отличимого от эталонного с помощью синтезированного фильтра. В качестве основных причин потери распознавательной способности фильтра в данном случае установлены следующие: кратность элементов ложного объекта с элементами тренировочных изображений, а также не достаточно высокое отношение интенсивности автокорреляционного пика для эталонного изображения к максимальной интенсивности пика кросс-корреляции эталонного со всеми вариантами изображений ложного объекта (в случае объектов, представленных на рис. 1 АС/СС > 2,70; в данном случае АС/СС = 2,39).

§2.3 посвягцён исследованию влияния бинарного зашумлеиия входного изображения на распознавательную способность КФ ЛФК. Установлено, что КФ ЛФК сохраняет способность к инвариантному распознаванию эталонного

объекта при величине уровня бинарного шума во входном изображении до 5%.

Оставшаяся часть второй главы диссертации посвящена исследованию вариантов реализации синтезированного КФ ЛФК в схемах когерентных корреляторов изображений, а также расчёту голограммы Ван-дер Люгта и исследованию распознавательных свойств 4-Е коррелто-ра на основе синтезированной голограммы. как наиболее экономичного способа реализации синтезированного КФ ЛФК. Расчёт откликов голограммы и выходных сигналов коррелятора показал, что КФ ЛФК, реализованный в виде голографического фильтра в корреляторе Вандер Люгта с помощью либо чисто амплитудных либо чисто фазовых голографи-ческих носителей сохраняет способность к распознаванию эталонного объекта в соответствии с установленным критерием распознавания.

На рис. 3 изображены увеличенная центральная часть синтезированной голограммы, а также рассчитанный и экспериментально измеренный отклик голограммы. На рис. 4 изображены примеры рассчитанных выходных сигналов коррелятора.

Третья глава диссертации посвящена численному исследованию работы когерентного оптического коррелятора изображений на основе синтезированной голограммы, реализованной как с помощью пространственно-временных модуляторов света с ограниченным динамическим диапазоном модуляции пропускания, так и с помощью бинарных голографических носителей. Для

с с1

Рис. 3: Рассчитанная голограмма её отклик: а — увеличенная центральная часть голограммы; Ь, <1 — рассчитанные амплитуда и фаза отклика голограммы,; с — интенсивность отклика голограммы, измеренная экспериментально

этого проводилось исследование выходных сигналов коррелятора, а также анализ среднеквадратичного отклонения (СКО) откликов искажённых при такой реализации голограмм от отклика оригинальной голограммы.

-С/ V 1 т ' д # * о

И ^ 1 ёи 3 1 А- -V

€ $ ъ гдим

ШШКШ €

ГЖ! ; -Р&Ь ' V # С/ (I п

На ^ Ш,

Ф & Ш о#

РИС. 4: Измеренные выходные сигналы коррелятора Вандер Люгта и сигналы, подверженные

обработке операцией порог

В §3.1 рассмотрены принципиальные основы для проведения подобного исследования. Современные голографические носители с высоким разрешением и большой частотой смены кадров обладают ограниченным динамическим диапазоном модуляции пропускания. Наиболее интересны для задачи распознавания объектов по их изображениям в реальном времени являются носители с бинарной модуляцией пропускания благодаря наибольшей частоте раскадровки.

Однако, подобные ограничения могут существенно повлиять на распознавательные способности КФ ЛФК, реализованного в корреляторе Вандер Люгта с использованием таких носителей. В связи с этим влияние ограничений диапазона модуляции на результат распознавания требует отдельного рассмотрения.

В §3.2 приведены результаты чиссленного моделирования работы коррелятора Вандер Люгта, использующего модуляторы с ограниченным динамическим диапазоном модуляции пропускания (рис. 5(а)).

Установлено, что для полного сохранения результатов распознавания достаточно реализовать не более 32 уровней пропускания голограммы. Исследование СКО откликов голограмм с ограниченным пропусканием от голограмм, представленных с полной точностью показало, что при ограничении числа уровней пропускания до величины меньшей 16 в ряде случаев может привести к потере распознавательной способности фильтра, однако в рамках поставленной задачи, распознавательная способность фильтра сохраняется при ограничении вплоть до 4-ёх уровней градации пропускания голограммы.

§3.3 посвящен исследованию возможности применения бинарных мо-

1л

утоп отклонения, град.

утоп отклонеми», град.

Рис. 5: Рассчитанные зависимости интенсивности корреляционного пика на выходе корреля-ДуЛЯТОрОВ ДЛЯ реализации сингези- тора от угла ориентации входного объекта для рованного КФ ЛФК В корреляторе голограммы: а ~ с сохрани

паем 4 уровней пропускания; Ь — бинаргшовап-Вандер Люгта. методом Отсу; с — с передачей 16 уровней

Первый пункт §3.3 содержит ре- пропускания с использованием бинарного растра зультаты исследования возможности применения стандартных методов бинаризации изображений для реализации голограммы с помощью бинарных носителей. Рассмотрены как методы локального порога (метод Ни-блака и метод гистограмм), так и метод глобального порога (метод Отсу). Численное моделирование работы когерентного оптического коррелятора изображений на основе синтезированной голограммы реализованной с помощью бинарных носителей показало, что из методов прямой бинаризации изоб-

ражеиий только метод Отсу позволяет инвариантное распознавание объекта, выбранного в качестве эталонного (рис. 5(Ь)). Однако, величина СКО отклика бинаризированной голограммы от отклика оригинальной не гарантирует адекватного распознавания в условиях другой постановки задачи распознавания.

Во втором пункте §3.3 рассмотрена возможность использования бинарного растрирования для представления уровней пропускания голограммы. Исследования показали, что использование стохастического бинарного растрирования для представления уровней градации пропускания, позволяет сохранить распознавательные характеристики голографического фильтра, при этом количество реализуемых уровней пропускания голограммы должно быть не менее 16 (рис. 5(с)).

Четвёртая глава текста диссертации посвящена экспериментальной реализации синтезированного КФ ЛФК в схеме 4-Г коррелятора в виде рассчитанной голограммы Ванлер Люгта с использованием бинарных гологра-фических носителей. Два способа реализации голограмм с использованием бинарных модуляторов были рассмотрены: посредством бинаризации по порогу, вычисленному по методу Отсу, и с использованием бинарного стохастического растрирования для представления градаций пропускания.

В §4.1 представлены результаты измерения интенсивности импульсных откликов голограмм. Полученные световые распределения качественно соответствуют расчётным.

В §4.2 приведена схема экспериментального макета 4-Р коррелятора, а также дано описание основных элементов схемы.

§4.3 текста диссертации посвящён экспериментам по измерению выходных сигналов коррелятора. Измерен ряд выходных распределений как для эталонного так и для ложных объектов, подвергнутых повороту в пределах от 0 до 170°, для обоих способов реализации голограммы. На рис. 6 представлены некоторые примеры измеренных выходных сигналов, а также сигналов, подверженных постобработке операцией порог. Результаты экспериментального моделирования качественно повторяют результаты расчётов.

Отсу Растр (25 уровней)

Рис. 6: Примеры измеренных выходных сигналов коррелятора и сигналов, подверженных операции порог

Заключительная, пятая глава текста диссертации посвещена исследованию возможности реализации синтезированного КФ ЛФК в схеме когерентного коррелятора изображений с использованием устройств полной комплексной модуляции света. Возможность появления устройств, осуществляющих полную комплексную модуляцию как по амплитуде так и по фазе послужила основой для исследований вариантов реализации КФ ЛФК в схеме 4-Г коррелятора. Фильтр в данном случае реализуется в виде Фурье-спектра в плоскости пространственных частот. Рассмотрены три принципиальных случая реализации голограммы: с ограничением модуляции и амплитуды, и фазы; с бинаризацией и амплитуды и фазы (трёхуровневый фазо-амплитудный фильтр - ТУФаФ) и с бинаризацией амплитуды и ограниченным представлением пропускания фазы.

В §5.1 представлены результаты моделирования 4-Г коррелятора использующего полную комплексную модуляцию света с ограничением модуляции и амплитуды и фазы. Предельным случаем подобной реализации, при котором удовлетворяется установленный критерий распознавания, является случай реализации амплитуды с сохранением 8 уровней пропускания, фазы - 16

уровней градации.

Результаты моделирования коррелятора, использующего трёхуровневую фазо-амплитудную фильтрацию, представлены в параграфе §5.2. Несмотря на перспективность подобной реализации, распознавательная способность системы не сохраняется.

В §5.3 текста диссертации представлены результаты исследования возможности реализации синтезированного КФ ЛФК в схеме с 4-Г коррелятора с бинарной модуляцией амплитуды и ограниченным представлением фазы.

АмплитудаЛ8), фаза (16)

угол отклонения, град.

80 угоп отклонения, град. "

Амплитуда (Отсу), фаза (4) Г^П

угол отклонения, град.

Амплитуда (Отсу), фаза (5)

угол отклонения, граг^

Рис. 7: Результаты численного исследования возможности реализации синтезированного КФ ЛФК в схеме 4-Р коррелятора с использованием устройств полной комплексной модуляции света

В результате расчётов получилось, что предельным оказался случай реализации фильтра с бинаризацией амплитуды методом Отсу и сохранением 5 уровней пропускания фазы. Однако, величина СКО в данном случае не гарантирует распознавания в рамках других постановок условия задачи рас-

познавания.

Основные результаты исследования возможности применения полной комплексной модуляции в 4-Р корреляторе для реализации КФ ЛФК представлены на рис. 7.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ДИССЕРТАЦИИ

1. Численное моделирование показало, что корреляционные фильтры с линейным фазовым коэффициентом (КФ ЛФК) обеспечивают устойчивость распознавания к различного вида геометрическим искажениям входного объекта относительно эталонного, в том числе при зашумле-иии входного объекта до 4 — 6%.

2. Разработан метод реализации инвариантных корреляционных фильтров с линейным фазовым коэффициентом (КФ ЛФК) в виде синтезированных Фурье-голограмм (голографических фильтров) в схеме коррелятора Вандер Люгта для высокоскоростных оптико-электронных систем распознавания объектов, представленных в виде бинарных контурных изображений. Показано, что при такой реализации фильтр сохраняет свои распознавательные свойства.

3. Показано, что для реализации фильтра в схеме коррелятора Вандер Люгта могут быть использованы голографические носители с ограниченным динамическим диапазоном модуляции пропускания. Установлено, что для полного сохранения распознавательных свойств фильтра достаточно сохранить не более 32 уровней представления пропускания голограммы.

4. Показана возможность применения бинарной модуляции в сочетании с методами прямой бинаризации изображений для реализации голограммы. Установлено, что из всех стандартных методов только метод глобального порога Отсу в ряде случаев даёт возможность сохранить распознавательные способности голограммы.

5. Исследована возможность применения бинарного растра для представления уровней пропускания голограммы с использованием бинарных модуляторов света. Установлено, что для сохранения распознавательной способности голографического фильтра в данном случае число передаваемых уровней пропускания должно быть не менее 16.

6. Осуществлена экспериментальная реализация КФ ЛФК в схеме коррелятора Вандер Люгта с использованием голографических носителей с бинарной модуляцией.

7. Исследована возможность применения устройств полной комплексной модуляции света. Определены граничные требования при применении того или иного тина модуляции.

РАБОТЫ В ЖУРНАЛАХ ИЗ СПИСКА ВАК

[1] H.H. Евтихиев, ЕЛО. Злоказов, и др., "Реализация инвариантных голо-графических фильтров с линейным фазовым коэффициентом в схеме коррелятора Вандер Люгта," Квантовая электроника, Т. 38. №2.С.191 -193, (2008).

[2] H.H. Евтихиев, Е.Ю. Злоказов, P.C. Стариков, A.B. Шевчук "Экспериментальное моделирование схемы прецизионного измерения кольцевых и секторных элементов пространственного спектра интенсивности изображений на базе массива фотодетекторов специальной топологии," Радиотехника и электроника т53, №11, стр.1410-1416 (2008).

[3] N. N. Evtikhiev, Е. Yu. Zlokazov et al, "LPCC filter realization in 4-F correlator of images with application of purely amplitude binary spatial modulation," Optical Memory and Neural Networks (Information Optics), Vol. 18, No. 3, pp. 141-150, (2009).

[4] H.H .Евтихиев, Е.Ю. Злоказов, и др., "Инвариантные корреляционные фильтры с линейным фазовым коэффициентом: варианты реализации в схемах когерентных корреляторов изображений," Научно-технические ведомости СПбГПУ (Информатика. Телекоммуникации. Управление), №4, с.227-233, (2010).

ПУБЛИКАЦИИ В ТРУДАХ НАУЧНЫХ КОНФЕРЕНЦИЙ

[5] H.H. Евтихиев, Е.Ю. Злоказов, и др., "Экспериментальная реализация инвариантных голографических фильтров с линейным фазовым коэффициентом в схеме коррелятора Вандер Люгта," Тезисы докладов 5 международной конференции молодых учёных и специалистов "Оптика-2007 С-Пб., ИТМО (2007).

[6] N. N. Evtikhiev, E. Yu. Zlokazov, et al, "LPCC invariant correlation filters: realization in 4-f holographic correlator," Proc. SPIE, Vol. 6977, 69770C (2008).

[7] R. S. Starikov, E. Yu. Zlokazov, "Computer generated holographic invariant LPCC filters for 4-f correlator," Proc. SPIE, Vol. 7358, 73580W (2009).

[8] N. N. Evtikhiev, S. N. Starikov,,R. S. Starikov, E. Yu. Zlokazov, "LPCC filters realization as binary amplitude hologram in 4-f correlator: range limitation of hologram pixels representation," Proc. SPIE, Vol. 7340, 73400C (2009).

[9] N. N. Evtikhiev, E. Yu. Zlokazov, et al, "Amplitude holographic LPCC filters for 4-f correlator: variants of binary realization," Proc. SPIE, Vol. 7835, 78350M (2010).

[10] E.IO. Злоказов, P.C. Стариков, Д.В. Шаульский, "Реализация инвариантных корреляционных фильтров с линейным фазовым коэффициентом в схеме коррелятора Вандер Люгта в виде бинарных голограмм," сб. тезисов докладов конгресса "Фундаментальные проблемы оптики 2010 С-Пб., электронное издание ИТМО (2010).

[11] Н.Н. Евтихиев, Е.Ю. Злоказов, и др., "Синтез инвариантных корреляционных фильтров с линейным фазовым коэффициентом для дифракционных оптических корреляторов," Научная сессия МИФИ-2007, т.4, с.21, МИФИ (2007).

[12] Н.Н. Евтихиев, Е.Ю. Злоказов, Р.С. Стариков, "Макетирование опто-электронного когерентного инвариантного коррелятора," Научная сессия МИФИ-2008, т.2, с.60, МИФИ (2008).

[13] Н.Н. Евтихиев, Е.Ю. Злоказов, и др., "Инвариантные корреляционные фильтры с линейным фазовым коэффициентом: реализация в виде бинарных амплитудных голограмм для схемы дифракционного коррелятора изображений," Научная сессия МИФИ-2008, т.2, с.157, МИФИ (2008).

[14] H.H. Евтихиев, А.И. Володарский, Е.Ю. Злоказов, P.C. Стариков, "Исследование методов бинаризации амплитудных голографических инвариантных корреляционных фильтров с линейным фазовым коэффициентом," Научная сессия МИФИ-2008, т.2, с.159, МИФИ (2008).

[15] H.H. Евтихиев, Е.Ю. Злоказов, P.C. Стариков, С.Н. Стариков, "Влияние ограничений динамического диапазона голограммы на характеристики инвариантных фильтров в корреляторе Вандер Люгта," Научная сессия МИФИ-2009, Аннотации докладов т.2, с. 194, МИФИ (2009).

[16] Е.Ю. Злоказов, "Моделирование влияния ограничений динамического диапазона голографических носителей на свойства инвариантных корреляционных фильтров, реализованных в виде компьютерно синтезированных голограмм," Научная сессия МИФИ-2009, XII конференция студентов и молодых учёных ч.1, с.181-182, МИФИ (2009).

[17] Е.Ю. Злоказов, Д.В. Шаульский, "Инвариантные корреляционные фильтры с линейным фазовым коэффициентом: влияние характеристик обрабатываемых изображений," Научная сессия МИФИ-2010, XIII конференция студентов и молодых учёных ч.З, с. 134, МИФИ (2010).

[18] Е.Ю. Злоказов, Д.В. Шаульский, "Реализация инвариантных корреляционных фильтров с линейным фазовым коэффициентом в схеме коррелятора Вандер Люгта: влияние бинаризации," Научная сессия МИФИ-2010, XIII конференция студентов и молодых учёных ч.З, с. 135, МИФИ (2010).

[19] H.H. Евтихиев, Е.Ю. Злоказов, и др., "Реализация инвариантных корреляционных фильтров с линейным фазовым коэффициентом в схеме коррелятора Вандер Люгта: влияние бинаризации," Научная сессия МИФИ-2010, Аннотации докладов т.2, с.215, МИФИ (2010).

[20] H.H. Евтихиев, Е.Ю. Злоказов, и др., "Инвариантные корреляционные фильтры с линейным фазовым коэффициентом: влияние характеристик обрабатываемых изображений,11 Научная сессия МИФИ-2010, Аннотации докладов т.2, с.216, МИФИ (2010).

Подписано в печать 22.03.2011. Заказ N9 90. Тираж 100 экз. Типография НИЯУ МИФИ. 115409, г. Москва, Каширское ш., 31

Содержание диссертации автор исследовательской работы: кандидата физико-математических наук, Злоказов, Евгений Юрьевич

Введение

1 Методы формирования импульсного отклика в лазерных системах корреляционного различения изображений

1.1 Инвариантные фильтры в корреляционных системах.

1.1.1 Гармонические фильтры.

1.1.2 Составные корреляционные фильтры.

1.2 Особенности реализации инвариантных фильтров в лазерных корреляторах изображений.

1.2.1 Дифракционные лазерные корреляторы изображений

1.2.2 Метод синтеза голографических фильтров Вандер Люгта

1.3 Современные средства модуляции лазерного излучения.

2 Реализация инвариантных фильтров с линейным фазовым коэффициентом в когерентных корреляторах изображений

2.1 Синтез КФ ЛФК.

2.2 Ограничения применения синтезированного фильтра.

2.3 Исследование устойчивости фильтра к бинарному шуму во входном изображении.

2.4 Исследование возможности применения КФ ЛФК для распознавания полутоновых изображений.

2.5 Варианты реализации КФ ЛФК в схемах когерентных корреляторов изображений

2.6 Синтез амплитудных голограмм.

2.7 Восстановление голограммы

2.8 Численное моделирование работы оптикоэлектронной системы распознавания изображений.

3 Влияние ограничений динамического диапазона модуляции дифракционных элементов

3.1 Постановка задачи.

3.2 Моделирование распознавания с использование голограмм с ограниченным диапазоном представления градаций пропускания

3.3 Моделирование распознавания с использованием бинарных голограмм

3.3.1 Распознавание с использованием бинаризированной голограммы

3.3.2 Использование бинарного растрирования для представления уровней пропускания голограммы.

4 Экспериментальная реализация КФ ЛФК в схеме 4-Е коррелятора

4.1 Восстановление голограммы

4.2 Макет 4-Р коррелятора.

4.3 Эксперименты по инвариантному распознаванию

5 Варианты реализации КФ ЛФК в схемах когерентных корреляторов изображений с полной комплексной модуляцией в частотной плоскости

5.1 Фильтр с одновременным ограничением градаций представления амплитуды и фазы

5.2 Трёхуровневый фазово-амплитудный фильтр.

5.3 Фильтр с бинарным представлением амплитуды и ограничением фазы в некотором диапазоне

Введение диссертация по физике, на тему "Инвариантные корреляционные фильтры с линейным фазовым коэффициентом для лазерных систем корреляционного распознавания изображений"

Актуальность темы

Корреляционное распознавание изображений является одним из наиболее широко применяемых и перспективных инструментов для поиска, идентификации, локализации и слежения за объектами относительно сложных форм. Перспективность методов корреляционного распознавания обусловлена возможностью их реализации в высокоскоростных оптико-электронных системах, принцип работы которых основан на использовании когерентных корреляторов изображений [1-5].

Методы корреляционного распознавания основаны на сравнении входного изображения с изображениеями эталонных объектов из базы данных системы распознавания. Ранее корреляционные методы нашли успешное применение в таких технических решениях, как. системы автоматической медицинской диагностики, системы биометрического и голографического доступа по изображению ключа [1,6-9], системы обработки данных высокочастотных антенных решеток и т.д. Как правило задачи, решаемые с помощью устройств перечисленных типов, не требуют оперативности счёта, что даёт возможность их конструирования на,основе исключительно электронных вычислительных средств с эквивалентной скоростью обработки данных порядка Ю10 операций в секунду. Существует ряд задач, для успешного решения которых оперативность счёта является ключевым условием. Для повышения эффективности работы таких систем, как бортовые навигационные системы с ориентацией по изображениям местности, системы идентификации, классификации и слежения за быстродвижущимися объектами схожих форм, системы поиска и регистрации лиц в видеопотоке изображений трафика в реальном времени необходимо использование изображений в высоком разрешении, а также осуществление оперативного поиска и обработки изображений в больших базах данных. Перспективным способом увеличения скорости обработки является реализация методов корреляционного распознавания в оптико-электронных системах на основе когерентных корреляторов изображений.

Интерес к оптико-электронным устройствам обработки информации связан с возможностью достижения высоких скоростей выполнения вычислительных операций за счет высокого параллелизма обработки данных. В течение последнего десятилетия существенное развитие получили оптические устройства маршрутизации и коммутации потоков данных в высокопроизводительных вычислительных системах [10,11], оптические специализированные процессоры, в том числе оптические матричные процессоры, и радиооптические устройства [12-14]. К примеру, разработанный компанией Lenslet процессор EnLight256 при весьма миниатюрных размерах обладает скоростью счёта до 8 • 1012 MAC/sec (операций с фиксированной точкой в секунду) [15]. Наряду с этим, развитие элементной базы устройств отображения и считывания оптической информации открыло возможности для разработки оптико-электронных корреляционных устройств для систем высокоскоростного распознавания изображений [1,4,16-24].

В настоящее время имеется информация о ряде успешных реализаций оптико-электронных устройств распознавания, основанных на когерентных корреляторах изображений. К примеру, разработана и коммерчески освоена система чтения и понимания дорожных знаков компании Cambridge Correlators [16]; рекордными характеристиками обладают системы слежения за подвижными целями, основанные на оптико-электронных корреляторах изображений Jet Propulsion Lab. (NASA) [17-22], в Японии разработана оптическая корреляционная система распознавания лиц [23], а также сервер осуществляющий быструю фильтрацию нелегального видео контента FARCO [24] и т.д.

Суть метода корреляционного распознавания заключается в вычислении двумерной корреляционной функции между изображениями входного и эталонного объектов. По характеристикам результирующего корреляционного распределения, а в частности по наличию или отсутствию корреляционного пика, его локализации, интенсивности и ширине делают вывод о принадлежности входного объекта к классу эталонного. Существенной проблемой корреляционного метода является его неустойчивость к шумам и помехам входного изображения. Для адекватного распознавания необходимо, чтобы корреляционный пик обладал характеристиками, достаточными для выделения его на фоне всего выходного распределения, которое может включать в себя ложные корреляционные пики и шумы различной природы. Ложные корреляционные пики могут появиться как следствие корреляции эталона с ложными объектами. Наличие шумов во входной плоскости может привести к снижению точности локализации интересующего объекта в плоскости входного изображения. Наравне с этим, метод корреляционного распознавания не устойчив к возможным искажениям изображения эталонного объекта. Реальная практика показывает, что поворот эталонного объекта на 5 — 7° либо изменение масштаба на 3 — 5%, а также изменения условий освещения приводят к вырождению корреляционного пика. Применение в качестве опорного объекта математически синтезированных инвариантных корреляционных фильтров, содержащих информацию как об эталонном объекте, так и об его возможных искажениях, позволяет в той или иной степени избавиться от перечисленных недостатков [25].

Особый практический интерес представляет распознавание объектов, представленных в виде бинарных контурных изображений. Достижения в области алгоритмов оконтуривания, используемых для предобработки входных изображений, в ряде случаев дают возможность устойчивого распознавания в условиях переменной освещённости эталонного объекта либо в условиях ограниченной видимости [26]. Анализ показывает, что перспективным для устойчивого к искажениям и помехам распознавания бинарных контурных изображений является использование составного инвариантного корреляционного фильтра с линейным фазовым коэффициентом (далее КФ ЛФК).

Идея синтеза и применения КФ ЛФК для инвариантного распознавания объектов была предложена Л. Хассебруком (НазБеЬгоок 1990 [27]). С момента их появления КФ ЛФК посвящен целый ряд работ, в том числе по исследованию различных аспектов их синтеза, по их применению в условиях конкретных постановок задачи распознавания [28-30]. Результаты этих работ свидетельствует о высоких характеристиках распознавания бинарных контурных изображений с применением КФ ЛФК. Однако, несмотря на достоинства, комплексная природа фильтра ограничивает возможность его реализации в схемах когерентных корреляторов изображений. В [31] предпринята попытка реализации КФ ЛФК в схеме 4-Р коррелятора на основе метода псевдослучайного чисто фазового кодирования, который оказался критически сложным и малоприменимым при практическом использовании. Применение методов цифровой голографии в сочетании с использованием устройств отображения с высоким разрешением делает возможной реализацию КФ ЛФК в виде чисто амплитудных либо чисто фазовых голографических фильтров, синтезированных по аналогии с методом записи голограмм Вандер Люгта [2]. Сведения о реализации КФ ЛФК в схеме дифракционного коррелятора Вандер Люгта отсутствуют. Также, в последнее время возможно появление устройств, осуществляющих полную комплексную модуляцию света, что делает возможной непосредственную реализацию КФ ЛФК в схемах оптико-электронных корреляторов, на настоящий момент анализ таких возможностей отсутствует.

Для достижения рекордной производительности оптико-электронной системы корреляционного распознавания необходимо использовать устройства с как можно меньшим временем отклика. Однако, доступные в настоящее время высокочастотные модуляторы с большим разрешением обладают ограниченным динамическим диапазоном модуляции. Наиболее быстрыми являются бинарные модуляторы света. Исследование влияния ограничений динамического диапазона модуляции на распознавательную способность и исследование возможностей применения бинарной модуляции при реализации синтезированных голографических корреляционных фильтров играет ключевую роль при разработке оптико-электронных корреляционных устройств для систем высокоскоростного распознавания изображений.

Для достижения указанной цели были поставлены следующие задачи:

1. Проведение исследования особенностей синтеза и распознавательных характеристик КФ ЛФК.

3. Численное моделирование работы когерентного оптического коррелятора изображений на основе синтезированных дифракционных элементов, реализуемых с помощью современных средств модуляции лазерного излучения в условиях ограничений динамического диапазона модуляции.

Научная новизна диссертации состоит в следующем:

4. На основании результатов численного моделирования работы когерентного оптического коррелятора изображений, использующего бинарные голографические носители для реализации КФ ЛФК в виде Фурье-голограммы впервые установлено, что из всех исследованных методов прямой бинаризации только метод Отсу в ряде случаев позволяет сохранить распознавательные характеристики голографического фильтра. В случае реализации фильтра с использованием для представления уровней пропускания бинарного растра впервые определена нижняя граница требуемого числа представляемых уровней.

Практическое значение диссертации заключается в том, что она служит теоретической и экспериментальной базой для создания лазерных корреляционных устройств для высокоскоростных систем распознавания изображений. Предложенный в работе метод реализации инвариантных корреляционных фильтров в виде специально синтезированных голографических элементов, даёт возможность применять современные средства модуляции лазерного излучения для их реализации в когерентном корреляторе изображений.

Основные научные положения, выносимые на защиту:

1. Инвариантные корреляционные фильтры с линейным фазовым коэффициентом (КФ ЛФК) могут быть реализованы в когерентном корреляторе Вандер Люгта в виде синтезированных Фурье-голограмм (голографиче-ских фильтров) для решения задач высокоскоростного инвариантного распознавания бинарных контурных изображений.

4. Численно и экспериментально апробирован способ реализации голографических фильтров в корреляторе Вандер Люгта с использованием бинарных голографических носителей. Показано, что для представления синтезированных голограмм в ряде случаев могут быть использованы методы прямой бинаризации изображений (метод Отсу). Также показана возможность использования бинарного растра для представления уровней пропускания голографического фильтра. Определено, что при этом число передаваемых уровней пропускания должно быть не менее 16.

Публикации по теме диссертации. По теме диссертации опубликовано 20 печатных работ, среди них: 4 статьи в рецензируемых журналах, 6 - в трудах международных конференций, 10 - в трудах всероссийских конференций.

Заключение диссертации по теме "Лазерная физика"

Выводы главы

В главе 5 рассмотрены варианты реализации КФ ЛФК в схеме когерентного 4-Р коррелятора изображений с применением полной комплексной модуляции в плоскости пространственных частот.

1. Исследована возможность реализации КФ ЛФК с полной комплексной модуляцией в плоскости пространственных частот 4-Р коррелятора с одновременным ограничением числа уровней представления амплитуды и фазы. Результаты моделирования показали, что для сохранности распознавательных свойств КФ ЛФК амплитуду необходимо реализовать с сохранением не менее 8 уровней, фазу - с сохранением не менее 16 уровней.

2. Моделирование реализации КФ ЛФК в виде трёхуровневого амплитудно-фазового фильтра в Фурье-плоскости коррелятора не дало положительных результатов.

3. Показана возможность реализации КФ ЛФК с бинарным представлением амплитуды и ограниченным диапазоном представления градаций фазы. В результате установлено, что для сохранности распознавательных свойств КФ ЛФК амплитуду необходимо бинаризовать методом Отсу при этом число уровней фазы должно быть не меньше 5.

Заключение

Диссертация посвящена исследованию возможности реализации инвариантного корреляционного фильтра с линейным фазовым коэффициентом (КФ ЛФК) в лазерных оптико-электронных системах распознавания образов. В результате проведённых работ были получены следующие основные результаты:

1. Численное моделирование показало, что корреляционные фильтры с линейным фазовым коэффициентом (КФ ЛФК) обеспечивают устойчивость распознавания к различного вида геометрическим искажениям входного объекта относительно эталонного, в том числе при зашумле-нии входного объекта до 4 — 6%.

2. Численно исследован метод реализации инвариантных корреляционных фильтров с лииейиым фазовым коэффициентом в виде синтезированных Фурье-голограмм. Показано, что при такой реализации фильтр сохраняет свои распознавательные свойства.

7. Исследована возможность применения устройств полной комплексной модуляции света. Определены граничные требования при применении того или иного типа модуляции.

Список источников диссертации и автореферата по физике, кандидата физико-математических наук, Злоказов, Евгений Юрьевич, Москва

1. В. V. К. Vijaya Kumar, Abhijit Mahalanobis, Richard D. Juday "Correlation Pattern Recognition", Cambridge University Press (2005)

2. B. A. Vander Lugt, "Signal Detection for Complex Spatial Filtering", IEEE Transactions on Information Theory, vol. IT-10, no. 2 (Apr. 1964), pp. 139145.

3. Дж. Гудмен, "Введение в Фурье оптику", М.: Мир 19704. "Applications of Optical Fourier Transforms", edited by H. Stark.: Academic Press, NY, 1982

4. W.J. Dallas, "Computer-Generated Holograms", Chapter 6 of The Computer in Optical Research, Edited by B.R. Frieden, Volume 41 of the Topics in Applied Physics series, Springer-Verlag, Heidelberg, 291-366 (1980).

5. B.V.K. Vijaya Kumar, M. Savvides, K. Venkataramani, C. Xie, "Spatial frequency domain image processing for biometric recognition," Proc. Int. Conf. Image Processing (ICIP) I, 2002, pp. 53-56

6. В. V. K. Vijaya Kumar, M. Savvides, C. Xie, K. Venkataramani, J. Thornton, and A. Mahalanobis, "Biometric Verification with Correlation Filters," Applied Optics, Vol. 43, Issue 2, pp. 391-402 (2004) doi:10.1364/AO.43.000391

7. В. V. K. Vijaya Kumar, Marios Savvides, "Correlation pattern recognition for biometrics", SPIE Newsroom, (2006) DOI: 10.1117/2.1200604.0143

8. M. Sawides, B.V.K. Vijaya Kumar, P.K. Khosla, "Face verification using correlation filters," Proceedings of the Third IEEE Automatic Identification Advanced Technologies, ppv56-61, Tarrytown, NY March 2002

9. C. Qiao and M. Yoo, "Optical burst switching OBS—A new paradigm for an optical internet", Journal of High Speed Networks, vol. 8, no. 1, pp. 69-84, Mar. 1999

10. S. J. Ben Yoo, "Optical Packet and Burst Switching Technologies for the Future Photonic Internet", Journal of Lightwave Technology, Vol. 24 Issue 12, pp.4468-4492 (2006)

11. С. K. Gary, "Matrix-vector multiplication using digital partitioning for more accurate optical computing", Applied Optics, Vol. 31 Issue 29, pp.6205-6211 (1992)

12. V. Handerek, A. McCarthy, L. Laycock, "Hybrid optoelectronic vector matrix multipliers using guided-wave and micro-optic components", Proc. SPIE, Vol. 6739, 67390L (2007)

13. П.А. Белов, В.Г. Беспалов, В.Н. Васильев, С.А. Козлов, А.В. Павлов, К.Р. Симовский, Ю.А. Шполянский, «Оптические процессоры: достижения и новые идеи», Сб. «Проблемы когерентной и нелинейной оптики» под ред. И.П. Гурова и С.А. Козлова, СПбГУ ИТМО, 2006

14. Shlomo Eisenbach, "Optical Signal Processing: Practical Implementation and Application," presentation, LENSLET (2003)16. http://www.cambridgecorrelators.com/ (ссылка взята 23.11.2010г)

15. Tien-Hsin Chao, George F. Reyes, and Hanying Zhou, "Automatic target recognition field demonstration using a grayscale optical correlator", Proc. SPIE, Vol. 3715, 399 (1999); doi:10.1117/12.341323

16. Tien-Hsin Chao, Hanying Zhou, George F. Reyes, and Jay Hanan, "Real-time automatic target recognition using a compact 512 x 512 grayscale optical correlator", Proc. SPIE, Vol. 5106, 40 (2003); doi:10.1117/12.501402

17. Tien-Hsin Chao, Jay Hanan, Hanying Zhou, and George Reyes, "Portable 512 x 512 grayscale optical correlator", Proc. SPIE, Vol. 5816, 23 (2005); doi: 10.1117/12.607965

18. Tien-Hsin Chao and Thomas Lu, "Grayscale optical correlator for CAD/CAC applications", Proc. of SPIE Vol. 6977, (2008); doi: 10.1117/12.785873

19. Tien-Hsin Chao, Thomas Lu, and Hanying Zhou, "Recent progress on grayscale optical correlator for automatic target recognition", Proc. SPIE, Vol. 6245, 624503 (2006)

20. Oliver C. Johnson, Weston Edens, Thomas T. Lu, Tien-Hsin Chao, "Optimization of OT-MACH filter generation for target recognition", Proc. SPIE, Vol. 7340, 734008 (2009)

21. E. Watanabe, K. Kodate, "Implementation of a high-speed face recognition system that uses an optical parallel correlator," Appl. Opt., Vol: 44, no. 5, pp. 666-676, (2005).

22. Kashiko Kodate, "Star power in Japan," SPIE Professional, pp. 34-35, (July 2010)

23. В. V. К. V. Kumar, "Tutorial survey of composite filter designs for optical correlators", Applied Optics, 31, pp. 4773-4801 (1992)

24. H.H. Евтихиев, C.H. Стариков, M.B. Конник, P.C. Стариков, "Исследование алгоритмов оконтуривания изображений, полученных при различных условиях регистрации," Наукоёмкие технологии, т10, №5, стр.39-43 (2009)

25. Laurence G. Hassebrook; Bhagavatula Vijaya Kumar; Larry D. Hostetler "Linear phase coefficient composite filter banks for distortion-invariant optical pattern recognition", Opt. Eng., Vol. 29, 1033 (1990)

26. L. G. Hassebrook, M. Rahmati, and В. V. K. Vijaya Kumar, "Hybrid composite filter banks for distortion invariant optical pattern recognition," Opt. Eng. 31, 923-933 (1992)

27. M. Rahmati and L. G. Hassebrook, "Intensity- and distortion-invariant pattern recognition with complex linear morphology," Pattern Recogn. 27, 549-568 (1994)

28. L. G. Hassebrook, M. E. Lhamon, M. Wang, and J. Chatterjee, "Postprocessing of correlation for orientation estimation," Opt. Eng. 36, 2710-2718 (1997)

29. Laurence O. Hassebrook, Michael E. Lhamon, Raymond C. Daley, "Using pseudorandom phase-only encoding to approximate fully complex distortion-invariant filter," SPIE Vol. 2237 Optical Pattern Recognition V, pp 204-211 (1994)

30. D. Mendlovic, E. Marom and N. Konfronti "Shift and scale invariant pattern recognition using Mellin Radial Harmonics," Optics Communications, 67, pp. 172-176 (1988)

31. P. Garcia-Martinez, H.-H. Arsenault "Nonlinear radial-harmonic correlation using binary decomposition for scale-invariant pattern recognition," Optics Communications, 223, pp. 273-282 (2003)

32. L. Leclerc, Yu. Sheng and H.-H. Arsenault, "Circular harmonic covariance filters for rotation invariant object recognition and discrimination.", Optics Communications 85 pp 299-305 (1991)

33. A. Moya, E. Tajahuerce, J. Garcia, D. Mendlovic and C. Ferreira, "Method for determining the proper expansion center and order for Mellin radial harmonic filters," Optics Communications, 103, pp. 39-45 (1993)

34. Pascuala Gareia-Martinez, Javier Garcia, Carlos Ferreira, "A new criterion for determining the expansion center for circular-harmonic filters," Optics Communications, 117, pp. 399-405 (1995)

35. G.G. Lendaris, G.L. Stanley, "Diffraction pattern sampling for pattern recognition," Proceedings of IEEE, Vol. 58 No.2, (1970) pp.198-216.

36. C.F. Hester, D. P. Casasent, "Multivariant technique for multiclass pattern recognition," Applied Optics, 19, pp. 1758-1761 (1980)

37. D. Asselin and H.-H. Arsenault, "Rotation and scale invariance with polar and log-polar coordinate transformations," Optics Communications, 104, pp. 391-404 (1994)

38. A. Mahalanobis, В. V. К. V. Kumar, D. Casasent, "Minimum average correlation energy filters," Applied Optics, 26, pp. 3633-3640 (1987)

39. D. Casasent and G. Ravichandran, "Advanced distortion-invariant minimum average correlation energy (MACE) filters," Applied Optics 31, 1109-1116 (1992)

40. В. V. K. Vijaya Kumar, "Minimum variance synthetic discriminant functions," Journal of Optical Society of America, A 3, 1579-1584 (1986).

41. David Casasent, Gopalan Ravichandran, Srinivas Bollapragada, "Gaussian-minimum average correlation energy filters," Applied Optics, Vol. 30(35) (1991)

42. G. Ravichandran and D. Casasent, "Minimum noise and correlation energy optical correlation filter," Applied Optics, Vol. 31(11), (1992) pp. 1823-1833

43. R. Patnaik, D. P. Cassasent, "Illumination invariant face recognition and impostor rejection using different MINACE filter algorithms," Proc. SPIE, Vol. 5816, 94 (2005)

44. R. Patnaik, D. P. Cassasent, "MINACE filter classification algorithms for ATR using MSTAR data," Proc. SPIE, Vol. 5807, 100 (2005)

45. R. Patnaik and D. P. Casasent, "Illumination invariant face recognition and impostor rejection using different MINACE filter algorithms," Optical Pattern Recognition XVI, Proc. SPIE 5816, pp. 94-104 (2005).

46. D. P. Casasent and R. Patnaik, "Face recognition with illumination and pose variations using MINACE filters," Intelligent Robots and Computer Vision XXIII: Algorithms, Techniques, and Active Vision, Proc. SPIE 6006, pp. 1-14, (2005).

47. David P. Casasent, Rohit Patnaik, "MINACE-filter-based facial pose estimation," Biometric Technology for Human Identification II, Proc. SPIE 5779, pp. 460-467, (2005)

48. David Casasent, Songyot Nakariyakul, "Improved MINACE infrared detection filters," Optical Pattern Recognition XVI, Proc. SPIE 5816, pp. 126-135, (2005)

49. David Casasent and Rohit Patnaik, "Minace filter tests on the Comanche IR database," Optical Pattern Recognition XVIII, Proc. SPIE 6574, 65740H, (2007)

50. Rohit Patnaik, David Casasent, "Clutter performance and confuser rejection on infrared data using distortion-invariant filters for ATR," Automatic Target Recognition XVIII, Proc. SPIE 6967, (2008)

51. Rohit Patnaik, David Casasent, "Minace filter infrared target tracking, recognition, and rejection tests with aspect view, depression angle, and scale variations," Automatic Target Recognition XVII, Proc. SPIE 6566, (2007)

52. Pankaj Topiwala, Avinash Nehemiah, "Real-time multi-sensor based vehicle detection using MIN ACE filters," Proc. of SPIE Vol. 6574, 657401, (2007)

53. David P. Casasent, Songyot Nakariyakul, Pankaj Topiwala, "Zero-mean Minace filters for detection in visible EO imagery," Intelligent Robots and Computer Vision XXII: Algorithms, Techniques, and Active Vision, Proc. SPIE 5608, pp. 252-263 (2004)

54. Ph. Refregier, "Optimal trade-off filters for noise robustness, sharpness of the correlation peak, and Horner efficiency," Optical Letters 16, 829-831 (1991)

55. B. V. K. Vijaya Kumar, Daniel W. Carlson, and Abhijit Mahalanobis, "Optimal trade-off synthetic discriminant function filters for arbitrary devices," Optical Letters 19, 1556-1558 (1994)

56. Abhijit Mahalanobis, B. V. K. Vijaya Kumar, Sewoons Song, S. R. F. Sims, and J. F. Epperson, "Unconstrained correlation filters", Applied Optics 33, 3751-3759 (1994)

57. B. V. K. Vijaya Kumar, A. Mahalanobis, S. Song, S. R. F. Sims, and J. F. Epperson, "Minimum squared error synthetic discriminant functions," Optical engineering, vol. 31(5) pp. 915-922 (1992)

58. Laurence G. Hassebrook; Mohammad Rahmati, "Training set selection with multiple out-of-plane rotation parameters," Proc. SPIE, Vol. 1959, 32 (1993)

59. Robert M. Gray, "Toeplitz and Circulant Matrices: A review," Foundations and Trends in Communications and Information Theory, Vol 2, Issue 3, pp 155-239 (2006).

60. D. M. Gavrila and L. S. Davis, "Fast Correlation Matching in Large (Edge) Image Databases," Proc. of the 23rd AIPR Workshop, Washington D.C., U.S.A., 1994. Also, CS-TR-3334, University of Maryland, College Park, (1994)

61. Delicia Woon, Laurence G. Hassebrook ,Daniel L. Lau and ZhenZhou Wang, "Implementation of 3-D Linear Phase Coefficient Composite Filters," Proc. of SPIE Vol. 6234, 623401, (2006)

62. F. Т. S. Yu and X. J. Liu, "A Real Time Programmable Joint Transform Correlator," Optical Communications 52, 10-16 (1984).

63. David Mendlovic, Emanuel Marom, Nairn Konforti and Meir Deutsch, "Invariant joint transform correlator," Proc. SPIE, Vol. 1347, 231 (1990)

64. Yu Chen, Hua miao, Wensheng Wang, Qunxian Zhu, "Application of JTC in recognition and real-time tracking of moving targets," Proc. of SPIE Vol. 6837, 683708, (2007)

65. Joseph Rosen, "Three-dimensional joint transform correlator," APPLIED OPTICS, Papers 37(32), 7538-7544(1998).

66. Andres Marquez, J. Barbe, Maria J. Yzuel, Juan Campos, "Optical correlator as a tool for physicists and engineers training in signal processing," Proc. SPIE, Vol. 3831, 297 (2000)

67. H.H. Евтихиев, C.H. Стариков, Е.Ю. Злоказов, С.А. Сироткин, P.C. Стариков, "Реализация инвариантных голографических фильтров с линейным фазовым коэффициентом в схеме коррелятора Вандер Люгта," Квантовая электроника (2008), Т. 38. №2.С.191 193.

68. N. N. Evtikhiev, S. N. Starikov, S. A. Sirotkin, R. S. Starikov, E. Yu. Zlokazov, "LPCC invariant correlation filters: realization in 4-f holographic correlator," Proc. SPIE, Vol. 6977, 69770C (2008).

69. R. S. Starikov, E. Yu. Zlokazov, "Computer generated holographic invariant LPCC filters for 4-f correlator," Proc. SPIE, Vol. 7358, 73580W (2009).

70. N. N. Evtikhiev, S. N. Starikov, R. S. Starikov, E. Yu. Zlokazov, "LPCC filters realization as binary amplitude hologram in 4-f correlator: range limitation of hologram pixels representation," Proc. SPIE, Vol. 7340, 73400C (2009).

71. Brigham, E. Oran (1988). The fast Fourier transform and its applications. Englewood Cliffs, N.J.: Prentice Hall. ISBN 0-13-307505-279. "Digital Visual Interface: Revision 1.0," Digital Display Working Group (1999).

72. N. Otsu, "A Threshold Selection Method from Gray-Level Histograms," IEEE Transactions on Systems, Man, and Cybernetics, vol. 9, no. 1, pp. 62-66, 1979.81. "Стохастическое растрирование," КомпьюАрт, 11 (2004)

73. Maria J. Yzuel, Joaquin Campos, Rafael Fonolla Navarro, "Optical architectures for real-time image processing and pattern recognition," Proc. SPIE, Vol. 3572, 597 (1999)

74. Работа с RAW файлами http://www.photoscape.ru/handbook/raw/ basics/ (ссылка взята 23.11.2010г)

75. ФПЗС-технологии http://www.photoscape.ru/handbook/camera/ difference/ (ссылка взята 23.11.2010г)

76. Mao-Ling Chen, Chau-Jern Cheng and Han-Yen Tu, "Dynamic Reconstruction of Digital Holograms Using Two Coupled Liquid Crystal Spatial Light Modulators," JCIS-2006 Proceedings, (October 2006) doi:10.2991/jcis.2006.315

77. D. L. Flannery and J. L. Horner, "Fourier optical signal processors," Proc. IEEE 77, 1511-1527 (1989)