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1　光电混合识别仪实验原理　　
　　由于光计算具有并行、高速和大容量的特点，将光电混合处理系统应用于工业自动化无疑具有重要意义。该文以联合变换相关器（JTC）光电混合识别仪的实验研究为主，推荐一种具有回旋结构的JTC［1］，作为光电混合识别仪的研制基础。该系统由于采用回旋结构，长度大为缩短，如果能实现光源小型化［1］，其体积能控制在较小范围内。该光电混合识别仪示意图如图1—1所示。上述基于JTC的光电混合处理系统和传统基于个人计算机的识别系统相比较，可以利用光计算承担繁重的计算工作，从而大大提高识别速度。

　　经典JTC可以实现光学相关，假设JTC的输入面上有参考图像函数r（x＋d，y），和输入图像函数t（x－d，y），沿x轴分开2 d距离，输入联合图像函数f（x，y）可表示为：

根据式（1－1），经变换透镜作f（x，y）的傅里叶变换后得到F（u，ν）：　　

    其中R（u，ν）和T（u，ν）是r（x，y）和t（x，y）　　的傅里叶变换，u、v是相互独立的乘以常数因子的频率域变量，f是傅里叶变换透镜的焦距长度，λ是相干光波长。
　　在可编程回旋结构JTC中，功率谱用平方律探测器CCD探测，根据式(1—2)，在傅里
叶谱面上产生的功率谱(JPS)为：

    功率谱图像用空间光调制器播放后，再经变换透镜进行逆傅里叶变换。
　　我们常用ν）表示傅里叶变换时，容易证明，两个函数卷积的变换等于它们变换函数的积，即

相关的变换可以用卷积的变换公式导出，容易得到：

式（1—9）右边3、4项是参考图像函数和输入图像函数的互相关项，正是识别所需要的信号。当参考图像和输入图像相同时，可以得到所需的相关输出信号。
2　光电混合识别仪的实验研究　　
　　该文研制的光电混合识别仪实验系统能实现基于回旋结构JTC的自动识别，并在自动识别过程中使用多种空域或频域预处理方法；同时为调试方便，还可对上述自动识别系统进行单步调试。主要实验过程如下：
2．1　光电混合识别仪实验系统硬件连通　　
　　使用敏通黑白CCD、大恒彩色图像卡作为JTC摄像系统见图2—1，采用两路视频输入，使用CCD1摄取目标图像，它将和预存在计算机中的库图参考图像（任选一幅）并排播放到显示器和空间光调制器（SLM）上共同构成联合变换图像，使用CCD2摄取功率谱图像和相关输出图像。为降低费用，选用了大恒彩色图像卡摄取黑白图像，数据的实时传送是该卡的突出特点。

　　使用最新matrox双头显卡、VGA显示器、空间光调制器（Casio液晶电视）作为JTC显示系统见图2—1。采用matrox双头显卡，将CCD、图像卡摄取的图像同时播放到VGA显示器和空间光调制器上，空间光调制器可用Casio液晶电视通过抽出液晶屏改装而成，播放由软件操纵。
　　使用激光器、扩束镜、准直镜、空间光调制器（SLM）、傅里叶变换透镜（FTL）、摄像头2（CCD2）构成JTC光计算系统见图2—1。光计算系统和计算机一起构成后台运算装置，以识别CCD1摄入的目标。实验中采用HJ—2B型He－Ne激光器，无需外置电源，体积小巧；激光光斑的大小可根据激光器功率控制在Φ50～Φ100；选用直径为Φ100的FTL。
2．2　光电混合识别仪操纵软件开发
　　光电混合识别仪有独特的工作方式，系统工作时，既要进行光计算，又要进行数字计算，两者用软件协调，采用面向对象VC6．0编写相应软件。设计一种全屏切换软件，首先将图像卡初始化，然后编写全屏切换软件。操纵软件将联合图像摄取播放到显示器和空间光调制器上；联合图像经傅里叶光计算获得其功率谱图像；操纵软件将功率谱图像摄取播放到显示器和空间光调制器上；功率谱图像经傅里叶光计算获得其相关输出图像；操纵软件将相关输出图像摄取播放到显示器和空间光调制器上。如果探测到相关点，表明摄取的是所需目标图像；如果没有探测到相关点，表明摄取的不是所需目标图像。其中联合图像由CCD1摄取的目标图像和预存在计算机中的库图参考图像（任选一幅）并排播放到显示器和空间光调制器上构成。
开发的操纵软件具有以下功能
　　1）、可以进行图像卡初始化，设置图像卡采集控制参数。
　　2）、可以进行空域法和频域法预处理，如进行roberts、gauss边缘检测及进行输入面、谱面、相关面不同阈值的取阈等。
　　3）、可以进行多种形态学运算，如进行形态学腐蚀、膨胀、开、闭运算等；可实现形态学去噪，形态学边缘检测等功能。
　　4）、可以进行JTC的分步调试和自动切换识别。
要使JTC系统能正常工作，需要使用各种算法，并使CCD1和CCD2摄取的图像按JTC的要求进行切换。在实验调试阶段，可以进行分步调试；在实际使用阶段，可以进行自动识别，联合图像、功率谱图像和相关输出图像能快速切换到屏幕上。　　
　　5）、可以用软件方式保存或打开所需的图像。在传统的光学方法中，所需记录的图像是用光学照相实现的，这种方法对照相技术要求较高，且不够精确，采用软件方法记　　录图像易于操作且精确，效果更好。
　　根据上述功能，计算机控制的软件模块如图2—2所示：

2．3　光电混合识别仪工业零件识别实验
　　参考图像和待识别工业零件图像如图2—3所示：

　　当输入图像与参考图像相同时（如图2—4（a）所示），联合图像的二元功率谱如图2—4（b）所示，左相关峰经取阈后得到左相关点如图2—4（c）所示。功率谱中心部分已挡去。

    当输入图像与参考图像不同时，图2—5各联合图像左相关峰均衰减，经取阈（所取阈值与相同零件阈值相等）后，左相关点均消失如图2—5（e）所示。　　
　　根据相关点的有无，可从待识别图像中找到与参考图像相同的输入图像。
　　根据上述实验可以看到，光电混合识别仪可用于工业零件识别。光电混合识别仪基于光计算速度快，可以摄入待识别目标后　　从库图中找出相应目标，也可以不断摄入待识别目标与某幅库图参考图像匹配比较，该特性可用于工业自动化领域中需要图像高速匹配识别的场合。例如在生产线上不断摄入待识别目标，从库图中找到相应零件，然后决定自动化装置的操作，识别的目的是为自动化装置提供是否操作或进行何种操作的信息。
3　结论　　
　　将基于光计算的光电混合识别仪应用于工业自动化是个新事物，有许多方面需要发展完善。首先，要观察到稳定的、抗干扰的实验信号，对实验条件要求较高，由于JTC基于硬件光计算，因此所有硬件的档次和稳定性对实验都会有不同程度的影响；同时实验台的稳定性和杂散光的干扰也会增加实验的困难度。因此，在可以接受的投入条件下，如何获取更稳定的抗干扰的信号是值得进一步研究的问题。其次，实验中采用回旋结构JTC，已使系统长度大为缩短，但进一步小型化问题仍值得研究，如采用半导体激光器，采用微型透镜准直，采用远摄型傅里叶变换透镜等。由于国外已有将小型化光电混合处理系统安装于导弹头部的报道^［1］，这种军事应用的技术难度显然超过工业应用的技术难度，因而上述困难的克服是可能的。