楊續(xù)卿專(zhuān)題報(bào)告.doc

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1、光信息處理技術(shù)與仿真專(zhuān)題報(bào)告專(zhuān)題名稱(chēng)：計(jì)算全息匹配濾波器的制作方法及性能研究姓名：楊續(xù)卿學(xué)院：電子工程學(xué)院系部：光電子技術(shù)系專(zhuān)業(yè)：光信息科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)班級(jí)：1104學(xué)號(hào)：05113141指導(dǎo)教師：郝愛(ài)花職稱(chēng)：副教授時(shí)間：2014-5-7至2014-6-18計(jì)算全息匹配濾波器制作方法及性能研究姓名：鄭煒，班級(jí)：1104，學(xué)號(hào)：05113143摘要:介紹幾種典型的計(jì)算全息匹配濾波器的制作原理，提出二元振幅補(bǔ)償匹配濾波器，通過(guò)計(jì)算模擬，得出二元振幅補(bǔ)償型濾波器比其他濾波器具有更好的優(yōu)勢(shì)。關(guān)鍵詞:計(jì)算全息；匹配濾波器；二元振幅補(bǔ)償；0引言計(jì)算全息作為光學(xué)全息（CGH）的一個(gè)重要分支，它具有一定的獨(dú)立性

2、。計(jì)算全息圖的制作過(guò)程幾乎沒(méi)有用到傳統(tǒng)的光學(xué)處理辦法，僅通過(guò)編碼對(duì)相位和振幅進(jìn)行處理，這種性質(zhì)非常適宜對(duì)信息處理中空間濾波器的合成。在本次報(bào)告中我們介紹了幾種典型匹配濾波器的設(shè)計(jì)原理及制作方法，比較了二元補(bǔ)償型匹配濾波器與其他濾波器的性能。在正確使用前可預(yù)見(jiàn)匹配濾波器的正確性和匹配效果，避免失誤。1原理部分1.1計(jì)算全息計(jì)算全息圖的制作和再現(xiàn)主要分為以下幾個(gè)部分.抽樣。得到物體或波面在離散樣點(diǎn)上的值.計(jì)算。計(jì)算物光波在全息平面上的光場(chǎng)分布。編碼。把全息平面上光波的復(fù)振幅分布編碼成全息圖的透過(guò)率變化。成圖。在計(jì)算機(jī)的控制下，將全息圖的透過(guò)率變化在成圖設(shè)備上成圖。如果成圖設(shè)備分辨率不夠，再經(jīng)光學(xué)縮

3、版得到實(shí)用的全息圖。再現(xiàn)。1.2匹配濾波器一.概念如果一個(gè)空間濾波器的復(fù)振幅透過(guò)率H(U,V)與輸入信號(hào)s(x,y)的頻譜S(U,V)共軛，即H(U,V)=S*(U,V)則這種濾波器稱(chēng)為匹配空間濾波器也叫匹配濾波器。于是透射場(chǎng)是一個(gè)振幅加權(quán)相位均勻的平面波前。這一平面波前繼續(xù)向前傳播，在輸出平面上產(chǎn)生信號(hào)的自相關(guān)光斑。顯然，所謂“匹配”，實(shí)質(zhì)上是在頻域?qū)斎胄盘?hào)頻譜的相位補(bǔ)償，形成平面相位分布。二.分類(lèi)如果按照編碼信息不同匹配濾波器主要可以分為傳統(tǒng)匹配濾波器(CMF)，純相位匹配濾波器(POMF)，振幅補(bǔ)償性匹配濾波器(ACMF)。它們的濾波函數(shù)分別為：(1)=(2)(3)其中是振幅譜，是相位

4、譜,如果是物函數(shù)的傅里葉頻譜，則通過(guò)各濾波器以后的光場(chǎng)分布為：(5)(6)(7)輸出光場(chǎng)分布是由調(diào)制的平面波，純相位匹配濾波器是由調(diào)制的平面波，而振幅型匹配濾波器頻域面的輸出經(jīng)傅里葉逆變換后輸出平面的相關(guān)輸出為：,即輸出相關(guān)峰為尖銳的δ函數(shù)。三.編碼方法李威漢四階迂回編碼方法是常用的濾波器編碼方法，即任一個(gè)抽樣單元由ej0，ejπ/2,ejπ，ej3π/2四個(gè)像素組成，分別表示四個(gè)矢量，任何一個(gè)相位角都可以由其中兩個(gè)矢量表示，矢量大小表示振幅或振幅的倒數(shù)，由像素的填充灰度表示。鑒于矢量分解比較繁瑣，若在振幅補(bǔ)償型匹配濾波器的基礎(chǔ)上將其濾波函數(shù)的相位沿復(fù)平面的方向二值化，每個(gè)抽樣單元只需由兩個(gè)像

5、素組成，分別表示0和π，填充灰度直接表示振幅的倒數(shù)。則得到二元振幅補(bǔ)償型匹配濾波器的濾波函數(shù)：(8)=(9)(10)四.評(píng)價(jià)指標(biāo)為了給以上各濾波器的性能有一個(gè)客觀的評(píng)價(jià)，引入幾個(gè)評(píng)價(jià)準(zhǔn)則：（一）相關(guān)峰值PV:定義為相關(guān)輸出的最大值。它直接反應(yīng)相關(guān)程度的高低,表示相關(guān)輸出面上某一點(diǎn)的幅度。（二）峰-相關(guān)能量比PCE:定義為相關(guān)輸出面上相關(guān)峰強(qiáng)度與相關(guān)輸出面上的總能量比。即,,是峰的幅度，對(duì)于尖銳的相關(guān)峰而言，與很接近，PCE將變得很大；另一方面，對(duì)于較寬的相關(guān)峰而言，Ey將比大很多，PCE將趨于零，因此PCE可用于衡量相關(guān)峰的尖銳程度。（三）鑒別率:反應(yīng)了相關(guān)器設(shè)計(jì)中的另一個(gè)屬性，就是它將一類(lèi)信

6、號(hào)和其他信號(hào)區(qū)分開(kāi)來(lái)的能力。理想的濾波器要能夠?qū)Σ黄谕男盘?hào)提供低值響應(yīng)。（四）光能效率：定義為輸出面與輸入面總能量之比。即光能效率越高，相關(guān)峰的能量越大1實(shí)驗(yàn)結(jié)果傳統(tǒng)匹配濾波器以及純相位匹配濾波器，振幅補(bǔ)償型匹配濾波器，二元振幅補(bǔ)償型匹配濾波器的峰值曲線，峰相關(guān)能量曲線，鑒別率曲線，光能效率曲線。2結(jié)果分析二元振幅型匹配濾波器的峰值高度和鑒別率較其他濾波器有明顯提高,主要原因有一.振幅補(bǔ)償性匹配濾波器的振幅補(bǔ)償因子對(duì)頻譜中低頻成分起到了壓制作用，相對(duì)增加了高頻成分，相當(dāng)于一個(gè)高通低阻濾波器，而在光學(xué)相關(guān)識(shí)別中高頻對(duì)相關(guān)峰其主要作用，因此相關(guān)峰值較高,二.在編碼過(guò)程中要把濾波器的復(fù)數(shù)值轉(zhuǎn)為實(shí)的

7、非負(fù)函數(shù)，因?yàn)橛?jì)算機(jī)像素的限制，必須對(duì)濾波器進(jìn)行抽樣，所以伴隨一定量的數(shù)據(jù)丟失，匹配濾波器的相位并不能對(duì)輸入圖像的相位進(jìn)行完全的補(bǔ)償。輸入圖像的部分頻譜成分透過(guò)濾波器。經(jīng)過(guò)透鏡的傅里葉變化的作用形成了再構(gòu)像。參考文獻(xiàn)：1,蘇顯渝，呂乃光，信息光學(xué)原理，電子工業(yè)出版社（119~134）2王永仲等,計(jì)算全息匹配濾波器的研究與性能分析,2005年,第35卷（第四期）3金國(guó)藩，計(jì)算機(jī)制全息圖，北京清華大學(xué)