光学相关模式识别中匹配滤波器的设计研究

论文摘要

光学相关模式识别以光学傅里叶变换为基础,相对于传统的数字模式识别方法,具有高速运算、并行处理且不受输入图像尺寸限制等优点,在军事、工业等领域具有广泛的应用前景。匹配滤波光学相关识别中,相关峰值对目标的尺度缩放、角度旋转等变化非常敏感。为了实现目标的畸变不变识别,论文研究了Vander Lugt型光学相关器中匹配滤波器的设计、光学显示和相关识别实验等问题。主要研究内容有:首先,建立摄影成像模型,定量分析了目标的尺度缩放、面内角度旋转、视角变化和灰度分布对相关输出的影响,并给出训练样本选取所满足的畸变间隔条件。其次,在总结传统综合鉴别函数滤波器设计方法的基础上,重点研究了优化折中综合鉴别函数（OTSDF）滤波器的训练样本和参数选取、分类识别特性、噪声和背景抑制特性,提出匹配滤波器的设计方案,并用OTSDF滤波器实现了四类目标在0360°视角变化范围内的分类识别。针对传统匹配滤波器算法对复杂背景中目标识别率低的问题,提出一种基于频谱分析的最小背景能量优化折中综合鉴别函数（MBE-OTSDF）滤波器,可有效抑制固定背景噪声干扰,提高相关输出信噪比。在此基础上,研究了云层背景目标和地面机场目标的匹配滤波器设计和相关识别特性。为了解决空间光调制器与匹配滤波器的动态范围不一致问题,根据最小欧氏距离投影原理,在实测空间光调制器振幅和相位调制特性的基础上,提出常规匹配滤波器的映射编码算法和OTSDF滤波器的优化查表算法。利用2f相关识别系统,进行了光学相关识别实验,验证了OTSDF滤波器设计和编码方法的有效性。最后建立了匹配滤波相关识别的误差模型,根据仿真结果,分析了复位误差、部分匹配误差和定位误差对相关输出的影响。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 光学相关模式识别的发展概况
• 1.2.1 匹配滤波器设计理论的发展
• 1.2.2 光学相关器的发展
• 1.3 课题研究背景和意义
• 1.4 本文的主要研究工作
• 第二章 匹配滤波光学相关识别的理论基础
• 2.1 匹配滤波光学相关识别原理
• 2.1.1 传统全息匹配滤波相关识别原理
• 2.1.2 数字匹配滤波相关识别原理
• 2.2 SLM 的空间带宽积
• 2.3 目标的姿态信息对相关输出的影响
• 2.3.1 尺度变化
• 2.3.2 角度旋转
• 2.3.3 视角变化
• 2.3.4 灰度变化
• 2.4 小结
• 第三章 光学匹配滤波器的设计及相关分析
• 3.1 光学相关识别的评价标准
• 3.2 综合鉴别函数滤波器简介
• 3.2.1 常规综合鉴别函数滤波器
• 3.2.2 OTSDF 滤波器
• 3.3 OTSDF 滤波器的特性研究
• 3.3.1 特性分析
• 3.3.2 参数选取
• 3.3.3 相关输出结果
• 3.4 OTSDF 滤波器的畸变容限研究
• 3.4.1 训练样本的选取
• 3.4.2 分类识别特性
• 3.4.3 噪声特性
• 3.4.4 背景的抑制特性
• 3.5 最小背景能量优化折中综合鉴别函数（MBE-OTSDF）滤波器
• 3.5.1 设计原理
• 3.5.2 仿真结果
• 3.6 OTSDF 滤波器的设计与测试
• 3.6.1 滤波器的设计方案
• 3.6.2 多类目标的相关识别
• 3.7 特定背景条件下匹配滤波器的设计
• 3.7.1 云层背景目标的匹配滤波器设计
• 3.7.2 地面机场目标的匹配滤波器设计
• 3.8 小结
• 第四章 匹配滤波器的光学显示及滤波实现研究
• 4.1 空间光调制器调制特性的测量
• 4.2 匹配滤波器的光学显示及滤波实现
• 4.2.1 最小欧氏距离投影编码
• 4.2.2 常规匹配滤波器的编码
• 4.2.3 OTSDF 滤波器的优化编码
• 4.3 匹配滤波光学相关识别实验
• 4.3.1 实验方案
• 4.3.2 实验结果
• 4.4 匹配滤波相关识别的误差分析
• 4.4.1 复位误差
• 4.4.2 部分匹配误差
• 4.4.3 定位误差
• 4.5 小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果
• 附录 常用英文缩写