基于M atlab仿真的图像旋转不变识别
冯升同, 郭立群, 欧阳荣
【摘 要】摘 要:从相干光学信息处理系统出发,以 Vander Lugt相关器为基础,利用Matlab软件进行光学相关识别仿真。为了实现图像旋转不变识别,利用圆谐函数二级分量,采用合适而精确的数值算法,综合出圆谐滤波器,并改进成纯位相滤波器。将该滤波器制作成匹配滤波器,用于光学图像识别。仿真结果表明,该滤波器能够识别任意旋转角度的同一类图像,很好地解决了图像旋转不变识别问题。在此基础上,为了多类识别和减少匹配滤波器的个数,引入了圆谐 -综合判别函数滤波器。该滤波器能够很好地完成多类目标的旋转不变识别。 【期刊名称】实验室研究与探索 【年(卷),期】2011(030)001 【总页数】5
【关键词】关键词:数值分析;Vander Lugt相关器;旋转不变识别;圆谐函数;Matlab仿真;综合判别函数
Abstract:In thispaper,image recognition iscarried out based on Vander Lugt correlator using app rop riate algorithm and Matlab simulation.A new approach,called circular harmonic expansion,is presented to achieve rotation-invariance recognition.Second order circular harmonic component is selected,pure-phased,synthesized asmatched-filter(called as CH filter).The input image rotated by any angle can be discriminated by the second order circular harmonic component.In order to reduce the number of filters a new filter,called CH-SDF filter,is synthesized by
combining circular harmonic expansion with SDF(Synthetic Discriminant Function).Using this filter,multi-class targetrotated by any angle can be discriminated.
Key words:numerical analysis;Vander Lugt correlator;circularharmonic filter;rotation-invariance discriminant function(SDF)
recognition;Matlab
simulation;synthetic
0 引 言
图像旋转不变识别是图像处理与模式识别领域的热点问题之一,在机器视觉、卫星遥感、医疗诊断等众多领域有很好的应用前景,也是众多科技爱好者感兴趣的课题之一[1-2]。可以采用数字模式识别和光学模式识别 2种处理方式。光学模式识别技术以光学相关与数字处理相结合的方式实现对图像信号的处理与识别,因而具有光速运算、高速并行处理、高分辨率以及兼备计算机的灵活性、精确性等突出优点,在自动目标识别领域有着良好的应用前景。在学习“数值分析”[3-4]后,要求学生构造合适的算法,通过Matlab仿真,实现目标图像旋转不变识别。本文采用光学模式识别,从 Vander Lugt相关器原理出发,利用圆谐函数综合出二级圆谐函数匹配滤波器。在基于M atlab的仿真实验中,利用该滤波器可以实现旋转不变识别。为了识别多类目标,同时减少滤波器的个数,引入了圆谐 -综合判别函数滤波器。仿真结果表明,该滤波器能够很好地同时识别多类目标。
1 相干光学信息处理系统和 Vander L ugt相关器原理
相干光学信息处理系统[5]的结构是根据具体图像处理要求而定的,最基本的一种如图1所示,相干处理在频域进行。图中:S为相干光源;L1为准直透镜,L2和 L3
为傅里叶变换透镜;P1、P2和 P3平面分别为输入面、变换面和输出面,也称为物面、频谱面和像面,它们的空间位置和间距如图1所示,其中 f1、f2、f3分别是 3个透镜的焦距。输入图像信号置于 P1平面,在 P2平面上得到频谱。将 P3平面的坐标反转,可在 P3平面上得到频谱的傅里叶逆变换。如 P2平面上不加任何滤波措施,并且不考虑透镜的有限孔径的话,P3平面上将得到与输入图像相似的几何像。
设输入图像的振幅透过率为 t(x,y),平面照明光的振幅为 1,在 P2平面上置一振幅透过率为 F(fx,fy)的空间滤波器,则达到 P2平面上的光场和 P2平面后的光场分别为:
式中,FT表示傅里叶变换。再经 L3进行逆傅里叶变换,P3平面采用反射坐标系,达到 P3平面的光场分布为 式中,
上式表明,P3平面上得到的是输入图像与滤波器逆变换的卷积。
Vander Lugt提出并显示了综合出相干处理器用的匹配滤波器的一个新方法[6],用该方法综合出的滤波器具有这样一个值得注意的性质:尽管它们只由吸收图样组成,但能够同时有效地控制传递函数的振幅和位相。
Vander Lugt匹配滤波器由图2的干涉度量系统综合成的。透镜 L1使点光源 S发出的光准直,一部分光射到模板 P1上,P1的振幅透射率等于所需要的脉冲相应 h。透镜 L2对振幅分布 h进行傅里叶变换,在胶片上产生一个振幅分布 此外,另一部分准直光从模板 P1之上通过,射到棱镜 P上,最后以图示角度射到胶片上。
入射到胶片上每一点的总强度决定于所出现的 2个振幅分布的干涉。由棱镜射
基于Matlab仿真的图像旋转不变识别
