图1傅里叶变换图像识别系统

1.实验目的

1）通过实验，使学生进一步理解联合傅里叶变换和图像识别的基本理论。

2）学习正确使用液晶空间光调制器。

3）使用CCD器件进行功率谱的探测和相关输出显示。

4）学会相干光信息处理系统的基本调试。

5）学习搭建和调试马赫—曾德尔干涉仪和光电混合相关识别实验系统。

2.实验原理

将待识别的目标图像与参考图像通过马赫—曾德尔干涉仪并行输入相干光处理系统。目标图像和参考图像分别产生相应的像经过傅里叶变换后在谱面形成复振幅分布，经平方律介质或器件（CCD和液晶空间光调制器LCD）将其转换成功率谱，观察者可通过相关输出观看待识别图像和参考图像形成的亮斑（相关峰）的亮暗和弥散度来判断二者的相关成都，从而达到识别待测物的目的。系统原理如图1所示。

图2傅里叶变换图像识别系统原理图

1）联合傅里叶变换功率谱原理

图3联合傅里叶变换功率谱记录

如图3所示，f(x,y)和g(x,y)分别为待识别像和参考像在透镜中的透过率，则经透镜的傅里叶变换后在谱面uv上形成复振幅分布为：

式中F、G分别是f、g的傅里叶变换。

实验中图像最终判别依据原理：经平方律介质CCD和液晶空间光调制器LCD转换后，光信号转换为电信号最终在显示器上呈现亮斑（相关峰）。从光学观点来看，联合变换的功率谱为杨氏条纹，通过傅里叶变换后形成0级和1级亮斑。如果两图像相同，则干涉加强，形成“峰”的亮度高；若两者部分相同，“峰”呈现较暗弥散状态；若不相同，则不形成“峰”。从而可依次达到判别目的。

3.实验仪器

激光器，扩束准直镜，分光镜3个，反射镜2个，空间光调制器，CCD2个，傅里叶变换透镜2个，待测图像2个，计算机。

4.实验内容

1）了解联合傅里叶变换和图像识别的基本理论。

2）学习正确使用液晶空间光调制器。

3）使用CCD器件进行功率谱的探测和相关输出显示。

4）学会相干光信息处理系统的基本调试。

5）搭建和调试马赫—曾德尔干涉仪和光电混合相关识别实验系统。

5.实验步骤

1）调节光路中的所有光学元件，使它们的光轴重合，即共轴。

2）调节激光器，使激光器输出合适的平行光，光斑大小要适中。

3）用分光镜BS1将光束分成两路，即Ⅰ光路和、Ⅱ光路。

4）Ⅰ光路的调整

（1）搭建马赫-曾德尔干涉系统。该系统由两个分光镜BS2、BS3和两个反射镜M1、M2组成。（a）将分光镜BS3置于两光束的交汇处，通过调整元件BS2、M1、M2，使两光束在BS3处完全重合。（b）转动BS3使投射光斑和反射光斑在较远处重合（可在BS3和L1之间放置一傅里叶透镜，通过调整BS3的俯仰微调，使透镜后的两聚焦点基本重合）。通过手动微调使干涉图中的干涉条纹最少。

（2）在M1和BS3之间、M2和BS3之间分别放置目标图像和参考图像，两个图像完全相同，调整它们的位置使他们在出射光中的像基本重合，且两图像到分光镜BS3之间的距离相等。

（3）使干涉图经过一傅里叶变换透镜进行第一次傅里叶变换。（傅里叶变换透镜L1的负透镜一方朝向分光镜BS3，透镜L1到目标图像的距离约为f。）

（4）用CCD1采集聚焦像联合变换功率谱并传输到计算机，通过软件对电寻址液晶空间光调制器LCD进行调制。

5）Ⅱ光路的调整

（1）在空间光调制器LCD前后各方一个偏振片，旋转前偏振片使入射到空间光调制器的光强最大，再旋转后偏振片使其偏振态与前偏振片正交。

（2）傅里叶变换透镜L2到空间光调制器的距离约为f。

（3）用CCD2采集相关输出信息。

通过反复实验得到如下实验结果：

6.注意事项

1）切勿用眼睛直视激光器的轴向输出光束，以免视网膜受到永久性的伤害。

2）取放光学元件应小心，不许触摸光学元件表面。