tyle> p { text-indent: 20pt; }
IP-телефоны М И Ф И (кафедра 70)
М И Ф И НАШИ КООРДИНАТЫ

Голография, корреляционная оптика и нейронные сети

Достоинства оптических систем обработки информации - это быстродействие, параллельность обработки, широкий спектр осуществляемых в оптике операций над большими массивами данных. Оптические методы обработки информации позволяют выполнять над изображениями широкий круг различных операций, которые по своему целевому назначению могут быть объединены в следующие группы:

1) улучшение качества и восстановление изображений, смазанных, искаженными турбулентными неоднородностями среды и т.п.;

2) распознавание изображений и извлечение из них требуемой информации;

3) анализ и синтез изображений;

4) кодирование и декодирование изображений.

Перечисленные операции достаточно просто реализуются с использованием когерентного света благодаря тому, что когерентные оптические системы обработки не требуют сканирования обрабатываемых изображений. Основные трудности применения когерентных систем - это высокие требования к источникам света, к оптическим элементам, к пространственно-временным модуляторам, несущим информацию об изображениях. Эти трудности значительно ограничивают применение когерентных систем. Показано, что обработка в пространственно-некогерентном свете или свете с частичной пространственной когерентностью, позволяют резко снизить требования к оптическому качеству элементов, ослабить требования к юстировке оптических элементов, точности их установки в системах обработки информации с десятков микрон до единиц миллиметров.

Основными блоками такого рода устройств служат голографический коррелятор и спектроанализатор изображений и сигналов. Установлено, что наиболее целесообразно использовать схемы коррелятора и спектроанализатора, основанные на преобразовании пространственной когерентности, в частности с вводом информации с помощью квазимонохроматической электронно-лучевой трубки. Рассмотрены схемы оперативного спектрального и корреляционного анализа широкополосных временных сигналов и изображений. Разработана схема коррелятора, вычисляющего в темпе поступления информации функции взаимной корреляции текущего телевизионного изображения с эталонными изображениями, записанными на матрице голографических фильтров.

На кафедре проведены теоретические исследования методов регистрации характеристик волновых полей на основе преобразования пространственной когерентности для обработки информации. Показано, что применение двукратного преобразования пространственной когерентности света позволяет вычислять взаимную корреляцию и выполнять фильтрацию пространственных частот изображений, сформированных в пространственно-некогерентном квазимонохроматическом свете. Ограничение на число отсчетов в обрабатываемых изображениях определяется в первую очередь монохроматичностью излучения, используемого для ввода изображений. Разработан метод фильтрации пространственных частот и вычисления взаимной корреляции изображений, сформированных в пространственно-некогерентном квазимонохроматическом свете, основанный на двукратном преобразовании пространственной когерентности света. Несмотря на использование на входе пространственно-некогерентного освещения возможна фильтрация пространственных частот с помощью фильтров, имеющих биполярный импульсный отклик.

Разработана и создана измерительная оптическая система, которая может рассматриваться как волоконно-оптический датчик механических возмущений вибрационного типа, с регулируемой чувствительностью регистрации за счет перераспределения уровня предварительного разрушения пространственной когерентности света между входом устройства и участком передачи светового сигнала.

Разработана методика построения коррелятора совместного преобразования с пространственно-некогерентным освещением, который должен включать как необходимый элемент фурье-голограмму, записанную в монохроматическом или квазимонохроматическом пространственно-некогерентном свете. Для ввода опорного и распознаваемого изображений в коррелятор и записи квазимонохроматических пространственно-некогерентных голограмм могут применяться реальные устройства: такие как квазимонохроматические CRT, LED-матрицы, LC-экраны и другие.

Интерес представляет вариант применения для ввода двухкоординатного акустооптического дефлектора лазерного излучения. В этом случае размерность обрабатываемых изображений (массивов) может достигать значений 103x103 отсчетов. Проведены исследования параметров акустооптического дефлектора для его применения в некогерентном корреляторе в качестве устройства ввода изображений. Дефлектор позволяет в реальном масштабе времени формировать двумерные изображения, используя на входе монохроматическое и пространственно когерентное освещение.

Разработана и создана компактная схема некогерентного голографического коррелятора, использующего двухкоординатный акустооптический дефлектор (АОД) в качестве устройства ввода, для решения задачи динамического распознавания образов. Собраны и отлажены экспериментальные установки голографического коррелятора с монохроматическим пространственно-некогерентным освещением, использующего АОД для ввода распознаваемых контурных изображений. Экспериментальные результаты показали способность разработанного экспериментального макета вычислять корреляционные функции оконтуренных объектов, записанных на голографический фильтр и формируемых при помощи акустооптического дефлектора в реальном масштабе времени.

Исследованы возможности построения корреляционных систем обработки информации, использующих модуляцию спектрального состава излучения, что позволило создать коррелятор принципиально нового типа, который обеспечивает реализацию корреляционного анализа по совокупности информационных признаков - пространственным характеристикам изображения и спектральному составу излучения, формирующего данное изображение. Проведены исследования образования корреляционных сигналов в оптических немонохроматических системах с произвольной степенью пространственной когерентности. Математически описан и экспериментально реализован в реальном масштабе времени процесс получения корреляционных сигналов при использовании в качестве информационных параметров пространственных и спектральных характеристик объектов. Создан экспериментальный макет многоканального голографического процессора интегрированной обработки данных с квазимонохроматическим и полихроматическим освещением, а также с освещением сложного спектрального состава (в случае интегрированной обработки по совокупности пространственных и спектральных признаков).

Ведутся разработки оптических нейронов, основанных на широком применении оптических явлений, а не микроэлектронных чипов. При этом реализация межканальных связей осуществляется с помощью оптических линий. Создан макет с входной матрицей 3x15, способный распознавать цифровую информацию с высоким быстродействием. Разработана схемы однослойной нейронной сети на основе оптического векторно-матричного умножителя с цилиндрической архитектурой, позволяющая распознавать 20 символов латинского алфавита. Экспериментальное исследование работоспособности макета выявило высокий уровень внутренних шумов, однако полученные результаты показали чрезвычайно высокую помехоустойчивость, т.е. даже в условиях высокого внутреннего шума, система способна устойчиво работать и адекватно реагировать на соответствующие входные параметры. Используемые оптические компоненты с учетом устойчивости нейронных сетей к нарушениям их внутренней структуры не накладывают каких-либо жестких требований к условиям эксплуатации по сравнению с традиционной электроникой, и более того, значительно более устойчивы к внешним электромагнитным помехам.

WEB-МАСТЕРУ