联合傅里叶相关图像识别.docVIP

实验十五 联合傅里叶相关图像识别 1.引言 联合傅里叶变换(Joint-Fourier transform)是重要的相关处理，在指纹识别、 字符识别、目标识别等领域已逐步进入实用化阶段。 本实验使用空间光调制器实现了实时光电混合处理，是典型的近代光学信息处理实验。 2.实验目的 1. 了解联合傅里叶变换在光学上的实现及有关效应； 2. 了解传统光学傅里叶联合变换相关原理； 3. 掌握光学傅里叶联合变换相关仿真； 4. 掌握现代光学傅里叶联合变换相关方法。 联合傅里叶变换相关器（joint-Fourier transform correlator, JTC）简称联合变换相关器，分成两步，第一步是用平方记录介质（或器件）记录联合变换的功率谱，如图1所示。 图中L是傅里叶变换透镜，焦距为f.待识别图像（例如待识别目标、现场指纹）的透过率为f(x, y)，置于输入平面（透镜前焦面）xy的一侧，其中心位于（-a, 0）;参考图像（例如参考目标、档案指纹）的透过率为g(x, y)，置于输入平面的另一侧，其中心位于（a, 0）。用准直的激光束照射f、 g,并通过透镜进行傅里叶变换。在谱面(透镜的后焦面)uv上的复振幅分布为 式中F、G分别是f, g的傅里叶变换。如果用平方律记录介质或用平方律探测器来记录谱面上的图形，得到 即联合变换的功率谱。 当f=g (两个图形完全相同)时，上式化作 亦即相同图形联合变换的功率谱为杨氏条纹。 3.2 联合傅里叶变换功率谱的相关读出 第二步是联合变换功率谱的相关读出，参见图2。用傅里叶变换透镜对联合变换功率谱进行第二次傅里叶变换，在输出平面（傅里叶透镜的后焦面）((上得到 式中o1 和o4分别是f和g的自相关，重叠在输出平面中心附近，形成0级项，它们不是信号。而o 2和o 3为两个互相关项，即1级项，正是相关输出，在输出平面上沿ξ轴分别平移-2a和2a，因而与0级项分离。如果f和g完全相同,相关输出呈现明显的亮斑(相关峰)。 从物理光学的观点来看，如果f和g完全相同，联合变换的功率谱为杨氏条纹，其傅里叶变换必然出现一对分离的1级亮斑和位于中心的0级亮斑;如果f和g部分相同(例如现场指纹和档案指纹),相关峰较暗淡,弥散较大;如果f和g不同,相关输出不呈现”峰”的结构。因而相关峰及其锐度是f和g是否相关以及相关程度的评价指标。 4．实验仪器 氦氖激光器、导轨及调整组件、透镜、空间光调制器、偏振片×2、CMOS相机、傅里叶变换相关图像识别实验软件 图3傅里叶联合变换相关实验 1、调整激光管夹持器水平，固定可变光阑的高度和孔径，使出射光在近处和远处都能通过可变光阑（注：固定可变光阑高度，此可变光阑将在以下实验步骤中作为光路调整高度标尺。） 2、调整所有元件(空间滤波器，透镜，目标物，CMOS相机等等)的高度, 使它们的中心与激光光束同轴。 3、加入空间滤波器，使用可变光阑作为高度标尺，调整空间滤波器的高度（不加针孔），使得激光通过显微物镜后的扩束光斑中心与可变光阑中心重合，此时锁定空间滤波器高度及平移台水平移动旋钮；加入针孔，旋转螺纹付推动物镜靠近针孔，在此过程中不断调整针孔位置旋钮，保证透过光的光强最大，当透过光无衍射环且光强最强时，空间滤波器调整完毕。 4、调整作为准直用的双凸透镜与空间滤波器的距离，使出射光的光斑在近处和远处直径大致相等。（注：准直透镜的焦距是150mm，该透镜应放在针孔后150mm左右的位置）。 5、点击“”,桌面属性设置为“居中”，将可变光阑插入到准直透镜与目标物中间，调整可变光阑大小，使激光光束能完全照射到目标物表面。 6、调节CMOS相机采集靶面在傅里叶透镜的后焦面上，并将CMOS相机与电脑连接，打开，此时即可观察到两个目标物经过傅里叶变换的功率谱。”图标，将采集的图像保存在桌面文件夹中。（注：）。 7、点击“”,桌面属性设置为“居中”。这时在相机采集程序里选择采集图像，即可观察到目标图案的相关峰。 图汉字“光”和“光”的功率谱图汉字“光”和“光”的相关峰 图1 联合傅里叶变换功率谱的记录 图2 联合变换功率谱的相关读出