用于微小差異圖像識(shí)別的光學(xué)差異相關(guān)方法

張軼焜

摘 要：在光學(xué)信息處理當(dāng)中，光學(xué)圖像識(shí)別是一個(gè)重要的內(nèi)容，在識(shí)別跟蹤地面、空中軍事目標(biāo)，機(jī)器人視覺，工業(yè)自動(dòng)化等領(lǐng)域中，都有著重要的應(yīng)用。光學(xué)圖像識(shí)別的實(shí)現(xiàn)方法，主要有光學(xué)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、光學(xué)相關(guān)等。在生物、醫(yī)學(xué)、軍事等領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用中，時(shí)常會(huì)遇到參考信號(hào)和需要識(shí)別信號(hào)之間，只具有微小差異，同時(shí)信號(hào)自身具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，因而無法利用傳統(tǒng)方法解決。對(duì)此，應(yīng)研究可用于微小差異圖像識(shí)別的光學(xué)差異相關(guān)方法，從而進(jìn)一步提高其應(yīng)用功能。

關(guān)鍵詞：微小差異 圖像識(shí)別 光學(xué)差異相關(guān)

引言

光是自然界一種重要的現(xiàn)象，光波攜帶物體信息進(jìn)入人的研究，使人對(duì)周圍事物形成視覺印象，讓人類能夠更好的認(rèn)識(shí)世界。光學(xué)和信息、通信理論的融合，產(chǎn)生了信息光學(xué)的概念，是以傅里葉光學(xué)理論為基礎(chǔ)的一種重要實(shí)踐。光學(xué)信息處理的設(shè)計(jì)領(lǐng)域很廣，指的是利用光學(xué)方法，變換處理輸入的信息，包括光信息、聲信號(hào)、電信號(hào)等。光學(xué)信息處理的特點(diǎn)在于容量大、并行度高，隨著科技的發(fā)展，相關(guān)理論日益成熟，在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中也得到了極大進(jìn)展。在光學(xué)信息處理中，光學(xué)圖像識(shí)別十分重要，在很多方面都有著廣泛的應(yīng)用。而用于微小差異圖像識(shí)別的光學(xué)差異相關(guān)方法，則是其中的重點(diǎn)和難點(diǎn)，需要進(jìn)一步深入研究。

一、光學(xué)圖像識(shí)別的基本理論

圖像識(shí)別，指的是對(duì)圖像中是否含有特定信息進(jìn)行判斷與檢測(cè)，在光信息處理當(dāng)中，光學(xué)圖像識(shí)別占據(jù)著重要的位置。例如，通過軍事偵察照片，對(duì)特定目標(biāo)、文字等加以識(shí)別；通過患者病理照片，準(zhǔn)確識(shí)別癌細(xì)胞組織；通過大量指紋檔案，檢查出犯罪分子的指紋等。圖形識(shí)別器采用相關(guān)器，但其具有較明顯的局限性，只能對(duì)兩個(gè)完全相同的圖形加以判斷，但如果一個(gè)圖形相對(duì)另一個(gè)圖形轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，或二者具有不同比例，相關(guān)器也難以識(shí)別[1]。分?jǐn)?shù)傅里葉是其中一個(gè)重要的研究方向，相關(guān)研究主要包括了透鏡設(shè)計(jì)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、相位恢復(fù)、空間變換性濾波等方面。同時(shí)，能夠衍生出分?jǐn)?shù)蓋博變換、分?jǐn)?shù)卷積、分?jǐn)?shù)相關(guān)等變換。相關(guān)是一種重要的特殊卷積形式，在模式識(shí)別中，相關(guān)操作具有重要的作用和價(jià)值，可以運(yùn)用光學(xué)方法實(shí)現(xiàn)。

二、用于相似圖像識(shí)別的光電混合處理系統(tǒng)

在特征識(shí)別、信號(hào)檢測(cè)等領(lǐng)域中，光學(xué)相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用十分廣泛，也是傅里葉光學(xué)中的一個(gè)傳統(tǒng)研究課題，可以判斷輸入信號(hào)是否和參考信號(hào)相同。傳統(tǒng)相關(guān)器，轉(zhuǎn)化輸入信號(hào)、參考信號(hào)相似性度量，通過點(diǎn)的強(qiáng)度測(cè)量完成。相關(guān)峰的形態(tài)，代表了輸入信號(hào)、參考信號(hào)一致性。參考信號(hào)不變，如果輸入信號(hào)和參考信號(hào)相同，相關(guān)器會(huì)給出強(qiáng)、尖銳的相關(guān)峰。而如果兩個(gè)信號(hào)不相同，相關(guān)器輸出則更為平坦。但在生物領(lǐng)域、醫(yī)學(xué)領(lǐng)域、軍事領(lǐng)域中，可能會(huì)遇到一種情況，就是參考信號(hào)、需要辨別信號(hào)之間只有十分微小的差異，而信號(hào)自身也具有十分復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，因此，利用傳統(tǒng)方法，無法達(dá)到實(shí)際應(yīng)用要求。對(duì)于傳統(tǒng)光學(xué)相關(guān)方法，在相似圖像識(shí)別上的困難，采用頻譜相減光電混合處理方法，對(duì)微小差異圖形識(shí)別功能更強(qiáng)[2]。

三、基于分?jǐn)?shù)相關(guān)的微小差異圖樣識(shí)別

在光學(xué)信息處理中，分?jǐn)?shù)傅里葉變換是一個(gè)重要分支，其作為雙域信息聯(lián)合表示，包括了空間頻率域、空間閾的信息，在光學(xué)信息處理中，自由度可得到提高。光學(xué)信息處理領(lǐng)域中，光學(xué)模式識(shí)別，是一個(gè)十分重要的問題和內(nèi)容，其應(yīng)用范圍較廣，在生物學(xué)及醫(yī)學(xué)、機(jī)器人視覺、工業(yè)自動(dòng)化、地面及空中軍事目標(biāo)識(shí)別跟蹤等方面，都能發(fā)揮重要作用。傳統(tǒng)模式識(shí)別實(shí)現(xiàn)方法是光學(xué)相關(guān)，通過分?jǐn)?shù)傅里葉，變換衍生出分?jǐn)?shù)相關(guān)，在光學(xué)模式識(shí)別中也可應(yīng)用。研究表明，分?jǐn)?shù)相關(guān)能夠調(diào)節(jié)分?jǐn)?shù)級(jí)次，其識(shí)別功能更強(qiáng)[3]。但對(duì)于微小差異圖像來說，只觀察參考圖像和目標(biāo)圖像的相關(guān)峰，往往難以識(shí)別。而上面提到的差異相關(guān)方法，盡管識(shí)別能力較強(qiáng)，但無法提供差異位置信息。對(duì)此，采用基于分?jǐn)?shù)相關(guān)的微小差異圖樣識(shí)別，在差異相關(guān)系統(tǒng)中引入分?jǐn)?shù)相關(guān)和分?jǐn)?shù)傅里葉變換，以解決上述問題。

四、基于頻譜相間的改善聯(lián)合變換相關(guān)輸出方法

在聯(lián)合變換相關(guān)識(shí)別當(dāng)中，如果存在具有實(shí)透過率f（x，y）的透明片，在輸入平面一側(cè)放置，中心在（-a，0），第二個(gè)具有實(shí)透過率g（x，y）的透明片，在平面另一側(cè)放置，中心在（a，0）。那么輸出平面中，可在（±a，0）位置探測(cè)f、g相關(guān)輸出。在輸出平面中，自相關(guān)峰具有固定不變的位置，在輸出平面中心，互相關(guān)峰位置則不固定，中心在（±a，0），因此輸入平面中，兩個(gè)函數(shù)中心距離就是2a，也就是輸入平面中輸入圖像、參考圖像的相對(duì)位置，對(duì)于互相關(guān)峰與中心的距離有著直接的影響，二者之間具有正比例的關(guān)系。如果存在足夠大的間距，相關(guān)峰和中間項(xiàng)可以充分離開，能夠避免二者的相互重疊，可被觀察者識(shí)別。不過，f、g經(jīng)常處于固定位置不能調(diào)節(jié)，同時(shí)受到探測(cè)器有效探測(cè)面積影響，在f、g之間的距離應(yīng)合理控制，從而避免相關(guān)項(xiàng)、中間項(xiàng)的發(fā)生部分重疊。

結(jié)語

在傅里葉光學(xué)中，光學(xué)圖像識(shí)別是一個(gè)十分重要的研究?jī)?nèi)容，光學(xué)相關(guān)主要是判斷輸入信號(hào)、參考信號(hào)是否相同。在該技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用中，對(duì)于差異較小的圖像，難以利用傳統(tǒng)方法準(zhǔn)確識(shí)別。所以，提出了一種用于微小差異的圖像識(shí)別的光學(xué)差異相關(guān)方法，提高圖像識(shí)別效率和質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)該技術(shù)更好的發(fā)展和更廣泛的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

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[2]潘國(guó)兵， 顏國(guó)正， 張明卿，等. 概率神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與差異演化在膠囊內(nèi)窺圖像出血識(shí)別中的應(yīng)用[J]. 光學(xué)精密工程， 2010， 18（6）：1429-1435.

[3]姜黎， 吳偉仁， 張之敬，等. 微小型結(jié)構(gòu)件顯微圖像邊緣的自動(dòng)識(shí)別[J]. 光學(xué)精密工程， 2013， 21（1）：224-232.endprint