光学图像相关matlab仿真

目录摘要 ..........................................................................................................错误！未定义书签。

Abstract .......................................................................................................错误！未定义书签。

绪论 (1)1.1 课题背景 (1)1.2 本文研究内容、意义及发展方向 (1)第2章相关目标识别理论及仿真 (4)2.1 光学图像识别技术的基本原理 (4)2.1.1 Vander Lugt相关器原理 (4)2.1.2 联合变换相关器原理 (5)2.1.3 图像识别原理及光路图 (7)2.2 MATLAB仿真实现 (9)第3章光学图像识别与防伪技术 (13)3.1 系统描述 (13)3.2 附加的安全措施 (14)结论 (16)参考文献 (17)第1章绪论1.1 课题背景光学图像识别技术是一种有较高鉴别率的技术，具有高度并行性、容量大、速度快的特点，特别适用于信息的快速和实时处理。

光学相关是光学模式识别中的一种主要方法。

无论是空间匹配滤波相关或是联合变换相关，都是基于对信息的光学傅里叶变换。

现在，人们越来越倾向于采用光电混合的处理方式实现模式的识别，它由光学相关处理系统和计算机组成。

光电混合模式识别具备光学处理系统的大信息容量和二位并行处理能力的同时，还具备数字处理系统灵活性好、精度高、便于控制和判断的能力。

因此，光电混合光学模式识别是实现模式识别实用化的最可行方案。

它已在导弹、火箭的导航系统上有着很成熟的应用。

近年来，这一技术也广泛应用于一些民用领域，如：交通系统中的车辆牌照的识别、金融安全系统中个人签名、指纹的识别等。

因而对这一技术进行深入的研究具有一定的实用意义，利用计算机对光学图像识别技术进行仿真研究，对于我们进行真实的光学图像识别技术的研究有帮助和借鉴作用，国外已经有人做了一些工作，而在国内，对这一技术进行仿真研究的文章却很少。

MATLAB是国际公认的优秀的数值计算软件。

利用它提供的丰富的图像处理函数，我们可以很方便地模拟某些真实光学系统对图像的处理。

例如：可以对图像进行傅里叶变换和傅里叶逆变换，可以仿真实现对图像的空间滤波等。

我们用MA TLAB对光学图像识别相关器进行仿真，能得到较好的仿真结果。

1.2 本文研究内容、意义及发展方向光学相关模式识别主要分为空间匹配滤波相关识别和联合变换相关识别两大类。

1962年，McLachlan提出利用光学相关实现模式识别的想法，1964年A.Vander Lugt 提出使用离轴全息方法制作复空间匹配滤波器，设计了匹配滤波相关器(Vander Lugt Correlator, VLC)。

由于匹配滤波相关识别需要预先制作滤波器，并且滤波器的中心必须与目标频谱面的中心完全重合，操作繁琐且实时性差，1966年，C.S.Weaver、J .W.Goodman 和J.E.Rau提出了联合变换光学相关的基本理论，设计了联合变换相关器。

这种相关器克服了Vander Lugt 相关器需要提前制作滤波器和调试要求苛刻的缺点，操作灵活方便。

由于是将参考图像和目标图像同时输入光学系统，联合变换相关器比Vander Lugt 相关器有更好的实时处理能力，代表了光学相关器的发展方向。

首先，车牌识别技术在提高高速公路收费站效率方面起着至关重要的作用。

由于高速公路运输中传统的人工收取通行费方法效率低下，而近几年不断增大的交通流量，往往使得各式车辆在收费管卡处滞留形成“瓶颈”，不能完全发挥出高速公路的优点，这个问题如得不到解决，势必影响交通运输线的畅通，甚至导致直接或间接的经济损失。

不停车自动收费系统是解决这一问题的有效方法之一，该系统的启用将大大提高收费站各通道的处理能力，减少车辆通过的时间。

目前，类似的自动收费系统在美国和欧洲一些发达国家已经得到使用推广，据资料表明：高速公路自动收费站车辆的平均通过速度为每小时 1500 辆，而在装有自动收币机的收费站为每小时 650 辆，人工收费则最多为每小时 350 辆。

随着该系统的推广使用，收费站前的车辆赌塞和交通拥挤的情况得到缓解，可以为过往车辆节约运营时间，这对于长途旅客运输和商用货物运输也显得尤为重要。

此外，由于不停车收费系统的自动化水平高、收费迅速而便捷、管理统一规范，对杜绝高速公路人为的“乱收费”现象也具有特别重要的意义。

其次，机动车闯红灯是日常交通管理中常见的交通违法现象，不仅扰乱了正常的交通秩序，也是造成机动车交通事故的主要原因之一。

因此采用现代化的先进技术，采用智能化的交通控制和管理，为公安交通管理部门提供强有力的执法证据，对改善交通秩序、保障交通安全、提高道路交叉口通行能力、减少交通事故、促进社会的进一步发展都具有重大的社会意义。

所以，作为智能交通系统的一个重要分支，电子警察系统综合利用网络、数字图像处理、小波、神经网络、通讯、数学形态学等先进技术对闯红灯这种交通违法现象进行抓拍和处理，为公安交通部门提供强有力的执法证据，对改善交通秩序、保障交通安全、提高道路交叉口通行能力、减少交通事故等都起到了重要作用。

此外，在大型停车场等系统的管理中，车牌识别也起着重要的作用。

本课题在研究联合变换相关模式识别基本原理的基础上，使用了计算机模拟将实验进行的可并行处理、实时性好的光学过程转化为编程控制、精度高和操作灵活的数字模式。

使的没有实验设备也可形象地看到仿真的实验结果。

由于实际应用的需要，目标识别系统正向着高速化、小型化、集成化和智能化的方向发展。

在现有条件下，研究具有这些特征的光电混合目标识别系统才是现实可行的。

从应用上讲，研制性能好的小型高速目标识别系统，加速其在商业和军事应用领域的实用化，对提高生产效率、促进国民经济发展、尤其是提高军事打击能力和防御能力，都有极其重要的意义。

本课题在研究联合变换相关模式识别基本原理的基础上，使用了计算机模拟将实验进行的可并行处理、实时性好的光学过程转化为编程控制、精度高和操作灵活的数字模式。

使的没有实验设备也可形象地看到仿真的实验结果。

第2章 相关目标识别理论及仿真2.1 光学图像识别技术的基本原理光学图像识别技术有两种重要的实现方法：其一是采用Vander Lugt 相关器实现；其二是采用联合变换相关器实现。

这两种方法相同之处是它们都采用了4f 光学成像系统。

如图 1 所示。

其中，I 平面为输入平面，T 平面为频谱平面，O 平面为输出平面，L1、L2为傅里叶透镜。

下面分别介绍这两种方法图2-1 4f 光学成像系统2.1.1 Vander Lugt 相关器原理Vander Lugt 相关器对图像的识别是在空间滤波的基础上实现的，其方法是在4f 系统的频率平面上放置一个匹配滤波器，在频率域中对输入信号进行相位补偿，从而在输出平面上产生会聚的相关光斑。

如果目标图像为),(y x i ，其频谱为)},({),(y x i F f f I y x = ({*}F 为傅里叶变换算符)，则匹配滤波器为目标图像频谱的复共轭，即),(*y x f f I 。

将待识别的图像),(y x g 放置在4f 系统的输入平面上，将匹配滤波器放置在4f 系统频谱平面，在单色平行相干光的照明下，经过空间滤波后，频谱平面上的频谱为),()(*,y x y x f f I f f G ，其中)(,y x f f G 为),(y x g 的频谱，即y)}{g(x ,)(,F f f G y x =。

则在4f 系统输出平面上能得到的图像为),(1y x g )y ,x i()},f (f )I ,f {G(f F )y ,x o(y x *y x -''''==''★其中，{*}1-F 为傅里叶逆变换算符，符号“★”表示相关运算， )},({),(y x f f I F y x i =''，)},({),(y x f f G F y x g =''。

如果待识别图像中含有目标图像信息，则在输出图像的相应位置会产生相关最强，出现亮斑，否则只出现弥散的光斑。

2.1.2 联合变换相关器原理联合傅里叶变换相关器（joint-Fourier transform correlator, JTC ）简称联合变换相关器，分成两步，第一步是用平方记录介质（或器件）记录联合变换的功率谱，如图所示。

图中L 是傅里叶变换透镜，焦距为f 待识别图像（例如带识别目标、现场指纹）的透过率为),(y x f ，置于输入平面（透镜前焦面）xy 的一侧，起中心位于)0,(a -；参考图像（例如参考目标、档案指纹）的透过率为),(y x g ，置于输入平面的另一侧，其中心位于)0,(a 。

用准直的激光束照射f ，g ，并通过透镜进行傅里叶变换。

在谱面（透镜的后焦面）uv 上的复振幅分布为式中F 、G 分别是f,g 的傅里叶变换。

如果用平方律记录介质或用平方律探测器来记录谱面上的图形，即得到联合变换的功率谱。

当g f =（两个图形完全相同）时，上式化作亦即相同图形联合变换的功率谱为杨氏条纹。

),(]2exp[),(]2exp[)](]2exp[)],(),([,v u G au fi v u F au f i dxdy yv xu f i y a x g y a x f v u S λπλπλπ-+=+--++=⎰⎰∞∞-∞∞-）（222|),(|),(),(]2exp[),(),(]2exp[|),(||),(|v u G v u G v u F au fi v u G v u F au f i v u F v u S +⋅-+⋅+=**λπλπ])2cos[1(|),(|2|),(|22au f v u F v u S λπ+=联合变换相关器是在输入平面上对称地放置待识别图像),(y x v 与目标图像 ),(y x t ，形成联合的输入信号),(),(),(y a x t y a x v y x i ++-=如图2(a)所示。

在单色平行相干光的照明下，经过透镜 L1 的傅里叶变换作用，在频谱平面上形成联合傅里叶谱其中，)},({),(y x v F f f V y x =，)},({),(y x t F f f T y x =。

在频谱平面上用强度敏感器件接收联合傅里叶谱，并将其转化为联合功率谱，其表达式为联合功率谱经透镜 L2 的傅里叶逆变换作用，在输出平面上得到相关输出),(y x o ''，其表达式为这里，(*)δ为狄拉克函数，符号“*”表示卷积运算，)},({),(1y x f f T F y x t -=''，)},({),(1y x f f V F y x v -=''，输出的结果分为3个部分：第一、四项分别为目标图像和待识别图像的自相关，它们重叠在输出平面的中心附近，称为 0 级，它们不是我们要的信号；第二、三项为目标图象和待识别图像共轭互相关项，分别位于输出平面的(2a ，0) 和(-2a ，0)附近，分别称为±1级。