_光学模式识别中参考目标畸变参数宽容度研究

《激光杂志》2001年第22卷第3期LASERJOURNAL(Vol.22.No.3.2001)13光学模式识别中参考目标畸变参数宽容度研究李小舜1魏宏刚1王竹毅2洪汝桐2(1.四川大学,光电系,成都610054)(2.西南物理研究所,成都610041)提要:采用优化设计技术及非线性算法的可实时刷新的参考目标空间匹配滤波器,通过对三维目标畸变参数宽容度的研究及测试,构成参考目标滤波器库,并用于进行多畸变目标光学模式识别试验,取得高识别效率及实时识别速率的实时光学模式识别及定位结果。该技术对自动目标识别具有广泛的应用前景。关键词:光学模式识别(OPR),畸变不变,空间光变调器,多目标识别,参考滤波器库(RFL)AdistortionparametertoleranceresearchtoreferenceobjectinOPRLiXiaoshun1WeiHonggang1WangZhuyi2HongRutong2(1.Dept.ofOplo-ElectronicScienceandTechnology.Sichuanuniv.Chengdu610054)(2.SouthwestInst.ofTech.physicsp.o.Box238.ChengduSichuam610041)Abstract:Areal-timerenewablereferencefilterwassynthesizedbyusingnonlinearalgorithmandoptimizeddesigntechnique.TheRFLwasconstructedthroughtheresearchesandmeasuringof3-Dobjectdistortionparametertolerance,bywhichthemulti-objectdistor-tion-invariantOPRtestingwasperformed.Asaresult,ahighrecognitionpossibilityandratewasobtained.Thistechniquehasbroadappli-cationstoAutomaticTargetRecognition.Keywords:opticpatternecognition(OPR),distortion-invariant,spatiallightmodulator(SLM),multi-objectrecognition,referencefil-terslib(RFL)光学模式识别技术因为具有高分辨率、低功耗、重量轻等优点,是实现自动目标识别最佳途径之一。为了解决大多数识别任务中所面对的被识别物体的形态随时间变化的识别问题,通常采用空域多重化〔1〕及时域多重化技术〔2〕。由于空间多重化技术所能实现的畸变形态受到固定阵列滤波器数目(101～102)及硬件系统的性能限制,不可能很大;而时域多重化技术由于采用数字存储参考滤波器,解决了大畸变形态容量存储问题,可达105数量级。常规的时域多重化光学模式识别(OPR)系统如图1所示。为了保证OPR系统在畸变不变的实时识别任务中的识别效率及识别速率,必须解决以下几个问题:①较快的数字图象实时预处理技术;②参考滤波器的综合技术;③畸变不变参考滤波器库的构成技术。本文给出了三维目标(模型)畸变参数宽容度测试及多目标畸变不变光学模式识别实验的结果,并得到相应的结论。1输入场景图象实时预处理预处理算法采用小波变换以达到目标增强、背景抑制的目的。设f(x,y)为输入场景图象,小波母函数为x2+y2x2+y2φx=xea2,φy=ye(1)a2其中a为尺度因子(a=2j,j=0,1,2,…N)场景图象f(x,y)在x和y方向上小波变换分别为f(x,y)与φx,φy的卷积:Wx(a,x,y)=f(x,y)φaxWy(a,x,y)=f(x,y)φay小波变换的模为:W(a,x,y)={〔Wxa〕2+〔Wya〕2}1/2(3)模极大值W(a,x,y)max的坐标即为可能的目标边缘,Wy再根据W(a,x,y)max的幅角计算(θ=arctgWax),经a过二值化及连接算法,即可完成边缘检测。结果如图2所示。由图可见,该算法可较好地实现对场景背景的抑制及目标增强。2参考滤波器的综合技术参考滤波器的综合算法是基于优化设计技术并采用经修正的FFT算法及全息光学原理相结合的一种非线性算法。所综合的滤波器兼具有数字空间匹配滤波器的大存储容量并可实时刷新及全息光学滤波器高相关S/N的优点,经过优化设计获得的滤波器,通过空间光变调器(SLM)实现空间滤波的实时光学实现及刷新,对于处于严重背景噪声干扰下的多个畸变目标(图3),也可获得高相关S/N。3畸变不变参考滤波器库的构成技术首先我们需要测定参考目标畸变参数与相关S/N2001年4月21日收稿14《激光杂志》2001年第22卷第3期LASERJOURNAL(Vol.22.No.3.2001)的关系,并由此确定参考目标样本的采样间隔及采样出参考目标样本的采样间隔。采用参考滤波器综合算数,以保证参考滤波器库对目标的任何畸变形态均有法构成三维目标参考滤波器库。采用这一采样间隔所足够的相关S/N。两种三维目标(军用机及民航机)被构成的RFL足以保证对目标任何畸变形态均有足够高用于进行畸变参数宽容度测量,目标采样窗口在输入的相关S/N。由表1还可看出目标(窗口)的大小与旋场景图象中取32＊32到128＊128大小。表1为目标转畸变的宽容度有密切关系,方位畸变宽容度则与方旋转、方位及比例畸变与光学相关S/N关系的实测结位角有密切关系。而比例畸变宽容度对目标大小变化果。通过实测确定了畸变参数的宽容度,并由此可定具有非对称性。图1系统硬件原理图2场景图及其预处理结果图3图含有多畸变目标的图4多畸变目标识别a)F18出现在(231,132)位b)输入场景F18出现在(371,122)c)F18出现在(511,120)位置表1-a三维模型(军用机F-18)在旋转畸变时的光学相关识别区域32×3264×64128×128内容AveSNRMinSNRAveSNRMinSNRAveSNRMinSNR旋转角(θ)0°7.3722.8866.6163.5286.4093.5282°7.6313.2995.7963.1533.7592.1734°7.1012.9203.4131.7662.7781.2326°5.5592.4182.6371.4782.2081.1888°4.0141.6992.3031.25710°3.4691.357旋转宽容度10°8°6°表1-b三维模型(军用机F-18)在比例畸变时的光学相关32×3264×64128×128内容AveSNRMinSNRAveSNRMinSNRAveSNRMinSNR比例0.83.8591.6803.1711.7592.8761.1430.94.8202.1335.7202.9884.8332.7401.05.8372.6745.7494.3425.8273.0241.2比例畸变宽容度0.20.20.2表1-c三维模型(军用机F-18)在方位畸变时的光学相关识别区域0°～30°35°～60°方位角(Υ)AveSNRMiSNR方位角(Υ)AveSNRMinSNR0°159.866.2735°135.6113.275°149.865.8140°122.038.1910°121.714.9345°84.607.0015°118.394.7950°37.881.9520°116.463.8955°20.881.5825°109.014.3660°18.981.4630°108.853.54方位宽容度30°25°60°～75°75°～84°84°～90°方位角(Υ)AveSNRMinNSR方位角(Υ)AveSNRPMinSNR方位(Υ)AveSNRMinSNR60°135.6113.2775°79.388.1084°87.177.1563°122.038.1978°34.823.2787°26.842.3366°84.607.0081°29.101.2790°26.491.87《激光杂志》2001年第22卷第3期LASERJOURNAL(Vol.22.No.3.2001)15方位角(Υ)AveSNRMinNSR方位角(Υ)AveSNRPMinSNR方位(Υ)AveSNRMinSNR69°37.881.9584°13.741.2772°20.881.5875°18.981.46方位宽容度15°10°5°表2两类飞机目标的光学相关识别结果内容试验次数识别次数(NI)误识别次数(N2)正确识别率(p%)识别目标空中客车A320模型10190819190.9军用机F18模型20285426891.44实时畸变不变多目标光学模式识别试验和结论两种三维目标(军用机及民航机)被用于畸变不变多目标光学模式识别试验。表2为试验结果。图3为包括多目标(三架军用机F18及一架民航机)的输入场景图象(512＊256＊8bit/帧),图4a、b、c为对不同畸变形态F18的光学相关识别结果的三维显示。采用我们的算法及RFL构成方法使实时多目标畸变不变正确识别率90%。试验结果表明,我们所采用的场景图象预处理算法、参考滤波器综合算法及RFL构成方法成功地实现了对处于严重噪声背景下的多个畸变目标的识别与定位,实时识别速率达到25fps。通过OPR系统对三维目标进行实时畸变不变识别及定位试验结果证实:(1)我们所设计的RFL能满足多目标畸变不变相关识别的要求。(2)我们采用的实时多目标、畸变不变光学模式识别技术使OPR系统的识别效率提高到90%以上,实时识别速率达到电视速率(CCIR)。这项技术是实现了OPR技术实用化的关键一步。参考文献〔1〕RutongHong.SpatialmutichaneltechniquetoextendSDFdistortion-invariantrangeinthereal-timehardwareopticalimplementationsystem.Proc.SPIE,1995,2490:88-94〔2〕RichardJuday.OpticalrealizablefiltersandtheminimumEuclideandistanceprinciple.AppliedOptics,1993,10:5100-5111·激光医用·中医药配合半导体激光对减轻带状疱疹疼痛的临床观察李志远唐建民(第三军医大学二院中医科理疗科,重庆400037)1临床资料和方法治宜健脾除湿,陈湿胃苓汤主之;(3)血瘀型:损害消退后仍疼痛不已,治宜活血化瘀,方用当归15g,赤芍10g,1.1资料:本组48带状疱疹例病人中,男30女18例。莪术10g,元胡10g,生苡仁30g,每日一剂,配合青黛散年龄19～72岁,平均年龄36岁,均以疼痛为主诉。水调后外涂。采用46束激光治疗头,选用6种波长(660、820、1.3治疗结果:48例带状疱疹痊愈45例,占93.8%,870、880、940、950nm),平均功率密度75mw/cm2,照射疱疹干枯,结痂,疼痛消失;好转3例占6.2%,疱疹基面积10cm2,直接接触照射脊髓后根,神经节或相应的本干枯,疼痛症状部分消失。有效率100%。感觉神经,每日1次,每个神经节段照射4分钟,5天为OMEGA激光穿透力强,具有多波段激光,其中含1疗程。红色光部分是一种良性刺激直接对宿主细胞起作用。1.2中医药治疗:中医称带状疱疹为“缠腰火丹”、“蜘配合中药辨证施治,可以通过中枢神经系统的生理性蛛疮”等,认为多因肝郁化火、脾失健运、湿热搏结、兼整合作用,激活单核—巨噬细胞系统,促进吞噬,溶菌感毒邪而发。临床分三型治疗:(1)热盛型:疱壁紧张,和杀菌过程,提高机体免疫功能,增加血清溶酶体、免成簇集红色丘疱疹以至血疱,疼痛较重,治疗清热泻疫球蛋白和补体滴度,缓解疼痛,减少后遗神经痛,收火,龙胆泻肝汤主之;(2)湿盛型