1 Обзор работ по решаемой проблеме и постановка задачи

Коррелятор принадлежит к классу приборов для автоматизированной обработки двумерных массивов информации методами когерентной оптики, в частности к оптической вычислительной технике и может быть использован в интеллектуальных системах технического зрения для решения таких задач как, например: автоматизированная сборка на конвейере, для контроля движущихся по деталей сложной формы; распознавание лиц и отпечатков пальцев в криминалистике, и системах предотвращения несанкционированного доступа в помещения; распознавание кредитных карт. Проектируемый прибор находит также применение в системах технического зрения роботов.

В настоящее время интеллектуальные системы технического зрения используют корреляционный алгоритм распознавания образов. На практике корреляционный алгоритм распознавания реализуют как электронными устройствами, так и с помощью оптических корреляторов.

Существуют различные варианты исполнения данного прибора, которые имеют ряд преимуществ и недостатков.

Первый вариант - когерентно - оптический коррелятор реального времени для систем технического зрения [1] (рисунок 1.1).

1,3 - объективы; 2,10,13,16 - зеркала; 4 - ЭЛТ; 5,11 - светоделители; 6- ЖК; 7,15 - Фурье - объективы; 8 – регистрирующая среда; 9 - лазер; 12 - телескоп; 17 - ФПУ.

Рисунок 1.1 - Схема когерентно-оптического коррелятора

Данный прибор имеет сравнительно небольшие габариты и может быть использован в «полевых» условиях.

Условия эксплуатации ГОК, характеризуемые достаточно большой механической нестабильностью, накладывают жёсткие ограничения на конструкцию оптического процессора. Поскольку наличие вибраций и ударов приводит к смазу интерференционной картины при записи ГСФ и, как следствие, к уменьшению корреляционного сигнала, время экспозиции необходимо сводить к минимуму. Этого можно достичь с помощью импульсных лазеров, обеспечивающих запись фильтра за десятки наносекунд. Современный уровень технического развития и существующий ассортимент регистрирующих сред определяют целесообразность использования импульсных твердотельных лазеров.

Второй вариант - Голографический коррелятор для распознавания деталей на конвейере [2] (рисунок 1.2).

1- объект; 2,6,8 - линзы; 3 - ПМС; 4 - поляризационный светоделитель; 5 -лазерное излучение; 7 - голографический фильтр; 9 - плоскость корреляции.

Рисунок 1.2 - Схема голографического коррелятора

Данный прибор имеет сравнительно простую конструкцию и может применяться для распознавания сложных объектов, но в то же время прибору требуется защита от вибраций и необходимость увеличения памяти и скорости опроса коррелятора.

В настоящее время можно встретить так называемые гибридные корреляторы, в которых сравнение эталонного и исследуемого объекта происходит программно, при помощи сложных математических вычислений. Одним из примеров являются системы машинного зрения In-Sight (рисунок 1.3).

Рисунок 1.3 - Смарт-камеры для промышленных предприятий

Типичные задачи для камер In-Sight – это чтение текстовой маркировки, проверка правильности сборки, измерение размеров, обнаружение дефектов, вычисление координат предметов (зрение роботов). Cognex предлагает системы технического зрения с семейством продуктов In-Sight. Все модели In-Sight программируются и настраиваются с помощью программного обеспечения In-Sight Explorer, что требует дополнительных затрат.

Разработанный прибор имеет оперативную память и импульсный метод записи информации, что увеличивает быстродействие записи и даёт возможность использовать коррелятор на подвижных платформах. В то же время имеют место такие негативные явления, как ограниченность памяти и снижение скорости опроса устройства.

Для практической реализации перечисленных возможностей необходимо наличие ряда приборов, устройств, сред, составляющих элементную базу прибора.

Развитие элементов приборов для когерентной обработки информации идёт крайне неравномерно: одни из них достигли стадии промышленного производства, другие находятся на уровне поисковых исследований. Часть этих элементов, такие как излучатели и фотоприёмники, характеризуются применением в оптико-электронной аппаратуре; другие, такие как дефлекторы, оптические запоминающие среды, более специфичны и находят применение лишь в приборах рассматриваемого класса.

Среди перечисленных элементов следует выделить управляемые транспаранты - устройства, осуществляющие параллельную обработку оптической информации. Именно эти устройства в первую очередь характеризуют сущность и возможность различных направлений оптической вычислительной техники.

Целью данной работы является разработка оптической системы оптического коррелятора, для чего необходимо решить следующие задачи:

- обосновать выбор структурной схемы прибора;

- обосновать выбор оптической схемы прибора;

- провести энергетический и габаритный расчеты;

- разработать методику сборки и юстировки прибора.