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实验七 光学图像相关识别 一．实验目的 1. 了解透镜的傅里叶变换功能及用光学方法实现相关运算的基本原理和方法。 2. 了解光学匹配滤波的原理,学习用全息技术制作匹配滤波器。 3. 了解光学匹配滤波相关识别的原理及Vander Lugt 相关器(VLC)的基本结构和实现过程。 4. 了解光学联合变换图像相关识别的原理及联合变换相关器(JTC)的基本结构和实现过程。 5. 初步了解空间光调制器(SLM)的功能、作用及光电混合相关图像识别的基本结构。 6. 初步了解图像畸变对光学相关器性能的影响及其可能的解决方法。 二．实验仪器及设备 1. 全息防震台1 个（1.8m×1.2m 左右）。 2. He-Ne 激光器 1 台(波长632.8nm，功率20mW 左右) 。 3. 半波片(632.8nm)1 个，带可旋转支架的偏振镜2 套。 4. 分束器1~2 个，反射镜4~5 个，光束衰减器2 个。 5. 干板架3 个，原位显、定影架1 套，物台1 个。 6. 光折变晶体(如：SBN, KNSBN, BaTiO3, LiNbO3)1 块。 7. 全息干板显影、定影材料及装置1 套。 8. 直径约50~80mm、焦距约25~35cm 的傅里叶变换透镜2 个，短焦距(f=5~10cm)成像透镜 1~2 个。 9. 扩束准直系统2 套（包括：可三维调节的空间滤波器支架2 套，与之配套的针孔（15μm —25 μm ）若干，扩束镜（显微物镜，25~40 倍）若干，直径5~6cm、焦距25cm 左右的 准直透镜2 个）。 10. 电子快门2 个。 11. CCD 相机1 架，图像卡1 个，微机及监示器1 套。 三．实验原理 58 光学图像相关识别的数学基础是卷积和相关运算、及二维傅里叶变换。其具体实现是以 透镜的傅里叶变换为基本单元，以滤波操作为基本方法的光学相关器。设目标图像（即待识 别图像）用 表示，参考图像（即样本图像或标准图像）用 表示。光学图像相 t( x, y) r( x, y) 关识别就是用光学方法实现目标图像和参考图像两者之间的相关运算，根据相关函数（相关 信号）来判别二者之间的相似程度。光学上直接在空域中实现二者之间的相关运算较为困难， T (u ,v ) 一般是利用透镜的傅里叶变换性质，先对图像进行傅里叶变换，得到目标图像的频谱 和参考图像的频谱 ；通过适当光路结构和方法在频谱面上实现频谱乘积 R (u ,v ) ∗ T u v( ,R) (⋅,u)v ，再进行一次逆傅里叶变换后得到两者之间的相关函数，即 { ∗ } TFT(u ,vR) u( v, ) t( x,= y) r( ☆x, y) 。实现上述操作过程的具体结构和方法有两种：一种 是由密执安大学雷达实验室的A. B Vander Lugt 于1963 年提出的、以频域匹配滤波为原理的 Vander Lugt 相关器（Vander Lugt Correlator—VLC ）；另一种是由C.S.Weaver 和J.W.Gordman 于1966 年提出的、以联合傅里叶变换（空域滤波）为原理的联合变换相关器（Joint Transform Correlator—JTC ）。二者的区别在于VLC 依赖于频域中滤波器的合成及滤波操