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基于联合分数傅里叶变换相关器的彩色图像识别研究

张玉佩  
【摘要】: 光学相关器是一个通过光学的手段从给定的众多目标信息中提取所需要的信息或检测某一特定信息是否存在的光信息处理系统,广泛地应用于光学图像识别领域。光学相关器有匹配滤波相关器(MFC)和联合相关器(JTC)。联合相关器作为特征实时识别和目标实时检测的一个重要处理系统,在遥感、医学、军事、自动化生产检测等领域有着广泛的应用。 本文提出的联合分数傅里叶变换相关器是在传统联合相关器(JTC)基础上的改进,我们对联合分数傅里叶变换相关器进行了理论分析和公式推导,并通过光学实验验证。通过与传统联合相关器的比较,说明了该系统在彩色目标识别中具有明显的优点。在此基础上进一步深化拓展,我们还利用该系统研究了旋转不变的彩色图像识别,得到了令人满意的识别结果。 具体工作从以下几个方面展开: 一、提出光电混合多通道双光路联合分数傅里叶变换相关器的彩色图像识别系统。结合理论分析与公式推导,充分利用分数傅里叶变换的平移可变性质,在分数频谱面上只让目标图像与参考图像间红—红,绿—绿,蓝—蓝分数谱重叠,我们不希望出现的红—绿、红—蓝、绿—蓝分数谱没有重叠。经过公式推导,最终在输出平面上得到12项,形成3个区域的相关峰,即一个零级自相关峰和一对我们希望得到的互相关峰。而传统联合相关器最终在输出面上得到36项,形成15个区域的相关峰,其中只有一对相关峰是有用的,其它的都是噪音,对相关识别是有害无益的。这样,我们提出的相关器从原理上消除了不需要的相关项,提高了光学相关器的识别能力,优化了多通道联合变换相关器彩色图像识别系统。 二、利用光电混合多通道双光路联合分数傅里叶变换相关器系统,引入综合识别函数(SDF),进行了旋转不变的彩色图像识别研究。光学实验结果表明识别效果比传统联合相关器好,进一步验证了该系统的优越性。此外,我们还比较了功率谱二值化前后的识别结果,结果表明,对功率谱作二值化预处理,可以很好地改善相关识别效果。功率谱预处理是提高相关器识别性能的有效方法之一。 三、建立旋转不变彩色图像识别的参考图像库,这部分内容是对第二部分内容的补充。利用综合识别函数虽然可以识别出旋转目标,但是并不能准确地识别目标旋转的角度,即不能判断目标的准确方位,为了解决这个问题,我们可以构建一个由各个旋转角度彩色图像组成的参考图像库。对拍摄得到的未知姿态目标图像进行识别时,我们可以根据概率学原理,有规律地从参考图像库中选择合适角度间隔的参考图像与待识别目标做相关识别,从最后得到的相关峰强度大小,判断旋转姿态的角度范围,从而不断缩小选取的参考图像的角度范围和角度间隔,最后准确识别出待识别目标的旋转角度。实验中,SLM响应时间共为25ms,CCD响应频率为30frames/s。整个实验过程只需十几秒时间。


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