- •Оглавление
- •Введение
- •Лекция 1 особенности оптоэлектроники и области ее применения
- •1.1. Зарождение и развитие оптоэлектроники
- •1.2. Достоинства оптоэлектроники
- •1.3. Области применения оптоэлектроники
- •1.4. Оптоэлектронные приборы и их классификация
- •Контрольные вопросы
- •Физические эффекты, лежащие в основе работы оптоэлектронных приборов (часть 1)
- •2.1. Поглощение и рассеяние света
- •2.2. Рекомбинация и излучение света. Вынужденное излучение
- •2.3. Показатель преломления и диэлектрическая проницаемость
- •2.4. Показатель преломления и двойное лучепреломление в диэлектрике
- •2.5. Коэффициент отражения
- •2.6. Полное внутреннее отражение
- •2.7. Фотопроводимость и фотогальванический эффект (внутренний и внешний фотоэффект)
- •Контрольные вопросы
- •Лекция 3 физические эффекты, лежащие в основе работы оптоэлектронных приборов (часть 2)
- •3.1. Электрооптические эффекты
- •3.2. Нелинейные оптические эффекты
- •Генерация второй гармоники
- •3.4. Акустооптический эффект
- •3.5. Другие эффекты
- •Контрольные вопросы
- •Лекция 4 компоненты оптоэлектронных приборов (часть 1)
- •4.1. Основные элементы оптоэлектронного прибора
- •4.2. Источники излучения
- •4.3. Тепловые источники
- •4.4. Светодиоды (электролюминесцентные источники)
- •Светодиоды с антистоксовыми люминофорами
- •4.4. Источники света с электролюминофорами (электролюминесцентные ячейки, конденсаторы)
- •4.5. Лазеры (оптические квантовые генераторы)
- •Контрольные вопросы
- •Лекция 5 компоненты оптоэлектронных приборов (часть 2)
- •5.1. Приемники излучения
- •5.2. Тепловые приемники
- •Термоэлемент
- •Болометр
- •Пироэлектрический приемник
- •Оптико-акустические приемники
- •5.3. Фотоэлектрические приемники
- •Внешний фотоэффект (фотоэлектронная эмиссия)
- •Внутренний фотоэффект
- •Фоторезисторы
- •Фотогальванические элементы
- •Фотовольтаический режим
- •Фотодиодный режим
- •Лавинный фотодиод (лфд)
- •Фотодиоды с поверхностными барьерами
- •Гетерофотодиод
- •Биполярные фототранзисторы, фототиристоры
- •Многоэлементные фотоприемники (матрицы фотоприемников).
- •Лекция 6 компоненты оптоэлектронных приборов (часть 3)
- •6.1. Оптроны
- •Устройство и основные параметры оптронов
- •Резисторные оптопары
- •Диодные оптопары
- •Транзисторные и тиристорные оптопары
- •Применение оптронов
- •6.2. Оптические системы оптоэлектронных приборов
- •Объективы
- •Телескопические системы
- •Конденсор
- •Прожекторные системы
- •Линзовые и зеркальные системы для освещения входной щели в спектральных приборах
- •Оптические системы для преобразования лазерных пучков
- •Направляющие оптические системы
- •6.3. Электронные элементы
- •6.4. Средства вычислительной техники в оптоэлектронных приборах
- •Контрольные вопросы
- •Лекция 7 оптоэлектронные системы с лазерами (часть 1)
- •7.1. Лазеры со сверхкороткими импульсами
- •7.2. Применение лазеров в промышленности
- •Лазерная технология в микроэлектронной промышленности
- •Лазерная закалка
- •Контрольные вопросы
- •Лекция 8 оптоэлектронные системы с лазерами (часть 2)
- •8.1. Лазерные измерительные системы
- •Лазерные системы для измерения скорости потока жидкости или газа
- •Измерение угловой скорости
- •8.2. Лазерные измерительные системы для определения линейных размеров Измерение размеров изделий
- •Измерение расстояний
- •Интерферометрический метод
- •Фазовый метод
- •Импульсный метод
- •8.3. Исследование окружающей среды лазерными методами Лазерное зондирование атмосферы
- •Исследование океана
- •Определение глубины
- •Обнаружение нефтяных загрязнений
- •Обнаружение скоплений фитопланктона
- •8.4. Лазерный управляемый термоядерный синтез (лутс)
- •8.5. Лазеры в военном деле Лазерные дальномеры, высотомеры
- •Целеуказатели, локаторы, навигационные системы
- •Лазерное оружие
- •Использование химических и рентгеновских лазеров
- •Контрольные вопросы
- •Лекция 9 голография и ее применение в оптоэлектронных системах (часть 1)
- •9.1. История развития голографии. Особенности голографии.
- •9.2. Запись голограммы плоской волны и восстановление изображения Запись изображения плоской волны
- •Восстановление изображения плоской волны:
- •9.3. Запись голограммы точечного объекта и восстановление изображения Запись изображения точечного объекта
- •Восстановление изображения точечного объекта
- •Особенности голограммы.
- •Цифровая голограмма
- •9.4. Схемы получения голограмм Двулучевая схема э. Лейта и ю. Упатниекса
- •Запись голограммы при двустороннем освещении предмета
- •Запись габоровой голограммы непрозрачного рассеивающего объекта
- •Запись голограммы изображений предметов
- •Запись голограммы прозрачного объекта
- •Контрольные вопросы
- •Лекция 10 голография и ее применение в оптоэлектронных системах (часть 2)
- •10.1 Толстослойная голограмма
- •10.2. Применение голографии
- •Голографическая интерферометрия
- •Голографическая микроскопия.
- •Голографические оптические элементы
- •Видовые голограммы
- •Контрольные вопросы
- •Волоконно-оптические системы передачи (часть 1)
- •11.1. История развития
- •11.2. Достоинства и применение оптических линий связи
- •11.3. Построение волоконно-оптических систем передачи
- •Контрольные вопросы
- •Лекция 12 волоконно-оптические системы передачи (часть 2)
- •12.1. Структура волоконного световода
- •12.2. Моды в волоконных световодах
- •12.3. Компоненты волоконно-оптических линейных трактов
- •Контрольные вопросы
- •Интегрально-оптические системы
- •13.1. Классификация и применение интегрально-оптических систем
- •13.2. Оптические волноводы
- •Планарный волновод
- •Трехмерные волноводы
- •13.3. Устройства ввода и вывода излучения из волновода
- •Поперечная связь
- •Продольная связь
- •13.4. Направленные ответвители и пассивные элементы Направленные ответвители
- •Интегрально-оптические пассивные элементы - линзы, призмы
- •Интегрально-оптические фокусирующие элементы
- •13.5. Интегрально-оптические модуляторы
- •Акустооптический модулятор
- •Электрооптический модулятор
- •Магнитооптический модулятор
- •13.6. Активные элементы интегрально-оптических систем
- •Интегрально-оптические фотоприемники
- •Интегрально-оптические источники излучения
- •13.7. Применение интегрально-оптических систем
- •Контрольные вопросы
- •Оптоэлектронные системы передачи, обработки и хранения информации (часть 1)
- •14.1. Оптический процессор
- •14.2. Транспоранты Транспаранты переменной прозрачности
- •Фотохромные материалы.
- •Халькогенидные стекла.
- •Управляемые транспаранты
- •Электрически управляемые транспаранты.
- •Оптически управляемые транспаранты.
- •Транспаранты с фазовой модуляцией (голограммы)
- •14.3. Оптическое преобразование Фурье
- •14.4. Пространственная фильтрация оптических сигналов
- •14.5. Оптические методы распознавания образов
- •Применение оптических систем распознавания образов
- •Контрольные вопросы
- •Оптоэлектронные системы передачи, обработки и хранения информации (часть 2)
- •15.1. Оптоэлектронные запоминающие устройства
- •15.2. Бинарные запоминающие устройства
- •15.3. Голографические запоминающие устройства
- •Голографические зу с последовательной записью
- •Голографическое устройство записи страницы двоичных данных
- •Зу с запоминающей голографической матрицей
- •Запись информации на голограмму в двоичном коде
- •15.4. Перспективы применения оптических методов в вычислительной технике
- •Контрольные вопросы:
- •Заключение
- •Библиографический список
Применение оптических систем распознавания образов
Оптические методы распознавания образов лежат в основе работы информационно-поисковых систем, применяющихся для поиска определенной информации, местоположение которой в массиве неизвестно. Такой поиск, в свою очередь, основан на использовании ключевых слов. Информационно-поисковые системы должны обладать большой емкостью памяти и высоким быстродействием. При этом эксплуатация систем на базе высокопроизводительных ЭВМ связана с большими затратами времени на кодирование и ввод информации. В то же время оптоэлектронные информационно-поисковые системы, в которых выборка данных производится с помощью голографических распознающих устройств, работающих совместно с микро-ЭВМ, позволяют осуществлять параллельную обработку документов, а также поиск записанной в них информации одновременно по многим признакам.
Системы распознавания образов используются для перевода текста с одного языка на другой.
Для автоматизации научных исследований в тех случаях, когда необходимо произвести распознавание каких-либо объектов, например, микроорганизмов данного вида среди большого количества различных изображений.
В робототехнике в возможно создание систем «зрения» роботов. Уже созданы голографические системы, которые позволяют роботу распознавать среди деталей, движущихся на конвейере, нужные и следить за их перемещением.
Для выявления логических связей между опознаваемыми объектами, определения их количественных характеристик, обнаружения изменений в объектах разработаны гибридные оптоэлектронные вычислительные комплексы. В этих комплексах высокое быстродействие и производительность оптических систем обработки информации сочетается с широкими возможностями ЭВМ по выполнению логических и арифметических операций.
Такие гибридные комплексы применяются для автоматической обработки снимков, поступающих в наземные центры с метеорологических искусственных спутников Земли. Созданы системы, которые позволяют производить обработку снимков непосредственно на борту искусственного спутника.
Голографические информационные устройства начинают применяться в навигационных системах летательных аппаратов. В последние годы появились оптоэлектронные устройства с голографическими фильтрами, предназначенные для управления различными летательными аппаратами.
Оптические методы распознавания образов могут быть использованы и для выделение полезного сигнала на фоне помех. Допустим, что имеется несколько транспарантов, на которых записан ряд функций двух переменных, в том числе и полезный сигнал. По схеме, приведенной на рис. 14.4, можно изготовить пространственный фильтр - голограмму с того транспаранта, на котором записан полезный сигнал. Если теперь установить эту голограмму в плоскости Z2 (рис. 14.8), а в плоскости Z1 установить кроме транспаранта с записанным полезным сигналом другие транспаранты, то светлое пятно в плоскости Z3 будет соответствовать положению транспаранта в плоскости Z1, на котором записан полезный сигнал. Как показывают эксперименты, такая система «узнает» полезный сигнал на фоне пяти-шести мешающих.