Экспериментальное моделирование схемы прецизионного

Н.Н. ЕВТИХИЕВ, Е.Ю. ЗЛОКАЗОВ, С.Н. ЛИТОВЧЕНКО,
Р.С. СТАРИКОВ, А.В. ШЕВЧУК
Московский инженерно-физический институт (государственный университет)
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ
СХЕМЫ ПРЕЦИЗИОННОГО ИЗМЕРЕНИЯ КОЛЬЦЕВЫХ
И СЕКТОРНЫХ ГАРМОНИК ПРОСТРАНСТВЕННОГО
СПЕКТРА ИНТЕНСИВНОСТИ ИЗОБРАЖЕНИЙ
НА БАЗЕ МАССИВА ФОТОДЕТЕКТОРОВ
СПЕЦИАЛЬНОЙ ТОПОЛОГИИ
Приводятся результаты моделирования работы оптоэлектронной схемы прецизионного измерения кольцевых и секторных гармоник пространственного спектра интенсивности для инвариантного распознавания изображений.
Предложенная в [1] схема, использующая массив фотодетекторов специальной топологии позволяет
проводить измерение кольцевых и секторных гармоник пространственного спектра интенсивности. По
сравнению с ранее известными [2, 3 и др.], данный вариант схемы позволяет существенно повысить точность измерений гармоник за счет увеличения числа каналов регистрации оптического сигнала и использования электронной цифровой постобработки.
Рис. 1. Схема экспериментальной установки. He-Ne – лазер, А – блок аттенюации на основе поляризаторов, КОС – коллиматор с блоком очистки излучения, Т – транспарант, ФЛ – Фурье объектив
Для моделирования работы схемы на основе Фурье-каскада и цифровой фотокамеры была собрана экспериментальная установка, представленная на рис. 1, позволяющая снимать пространственные спектры с
избыточным разрешением. В качестве источника излучения используется HeNe-лазер с длинной волны
633нм и мощностью 30мВт. Для ФПЗС имеющейся цифровой фотокамеры Canon EOS20D (размер APS-C
22,5х15мм, разрешение 8,2Мпикс) и объектива Sigma70-300/4,5 (фокусное расстояние 200мм) была оценена
граничная пространственная частота входного изображения, учитывалась также необходимость попадания
одного эффективного отсчета спектра на 4 пикселя ФПЗС, что связано с наличием шаблона Байера. Транспаранты размерностей 128х128, 256х256 и 512х512пикс были, в соответствии с расчетами, изготовлены с
помощью полиграфического лазерного фотонаборного аппарата при разрешении печати 1200 точек на
дюйм. Транспаранты крепятся к поворачивающейся перпендикулярно оптической оси оправе с микрометрическим отсчетом. В ходе эксперимента, для каждого изображения снималось по серии из десяти снимков.
Проведение серий снимков позволило провести усреднение и оценить уровень пространственных шумов
схемы. Спектры снимались для неизмененных, повернутых, масштабированных изображений и изображений, одновременно подвергнутых повороту и масштабированию.
Полученные пространственные спектры были подвергнуты цифровой обработке [4]. Программно выделялись области в изображении спектра, соответствующие форме фоточувствительных площадок массива
фотодетекторов и проводилось суммирование, необходимое для получения значений измеряемых гармоник.
Имелась возможность варьирования числа площадок и ширины зазоров между площадками.
Полученный результат вычисления гармоник отличается от расчетного не более чем на 1 бит при 16 битной точности представления.
Работа поддерживается грантами Москвы и РФФИ.
Список литературы
1. Евтихиев Н.Н., Стариков Р.С. «Прецизионная лазерная схема измерения кольцевых и секторных гармоник фурье-спектра интенсивности изображений для систем распознавания» // Научная сессия МИФИ-1998. Часть 2. М., МИФИ. 1998. С.168.
2. Applications of Optical Fourier Transforms. Edited by H. Stark. // Academic Press. NY. 1982.
3. Clark D. “An optical feature extractor for machine vision” // Proc. Vision’87 Conf., (Soc. Manuf. Eng., Dearborn, MI.) 7–23. 7–49. 1987.
4. Evtikhiev N.N., Litovchenko S.N., Shevchuk A.V., Starikov R.S., Zlokazov E.Yu. “High accuracy measurement of circular and radial
harmonics by array of photodetectors with special topology” // proc. APCOM’2005. Vladivostok. 2005.