1、摘要錯(cuò)誤！未定義書簽。Abstract錯(cuò)誤！未定義書簽。TOC o 1-5 h z緒論1 HYPERLINK l bookmark2 1.1課題背景1 HYPERLINK l bookmark4 1.2本文研究內(nèi)容、意義及發(fā)展方向1 HYPERLINK l bookmark8 第2章相關(guān)目標(biāo)識(shí)別理論及仿真4 HYPERLINK l bookmark10 2.1光學(xué)圖像識(shí)別技術(shù)的基本原理4 HYPERLINK l bookmark12 2.1.1VanderLugt相關(guān)器原理4 HYPERLINK l bookmark18 2.1.2聯(lián)合變換相關(guān)器原理5 HYPERLINK l bookmark

2、49 2.1.3圖像識(shí)別原理及光路圖7 HYPERLINK l bookmark57 2.2MATLAB仿真實(shí)現(xiàn)9 HYPERLINK l bookmark81 第3章光學(xué)圖像識(shí)別與防偽技術(shù)13 HYPERLINK l bookmark83 3.1系統(tǒng)描述13 HYPERLINK l bookmark87 3.2附加的安全措施14 HYPERLINK l bookmark89 結(jié)論16 HYPERLINK l bookmark91 參考文獻(xiàn)17第1章緒論1.1課題背景光學(xué)圖像識(shí)別技術(shù)是一種有較高鑒別率的技術(shù)，具有高度并行性、容量大、速度快的特點(diǎn)，特別適用于信息的快速和實(shí)時(shí)處理。光學(xué)相關(guān)是光學(xué)模

3、式識(shí)別中的一種主要方法。無論是空間匹配濾波相關(guān)或是聯(lián)合變換相關(guān)，都是基于對(duì)信息的光學(xué)傅里葉變換?，F(xiàn)在，人們?cè)絹碓絻A向于采用光電混合的處理方式實(shí)現(xiàn)模式的識(shí)別，它由光學(xué)相關(guān)處理系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)組成。光電混合模式識(shí)別具備光學(xué)處理系統(tǒng)的大信息容量和二位并行處理能力的同時(shí)，還具備數(shù)字處理系統(tǒng)靈活性好、精度高、便于控制和判斷的能力。因此，光電混合光學(xué)模式識(shí)別是實(shí)現(xiàn)模式識(shí)別實(shí)用化的最可行方案。它已在導(dǎo)彈、火箭的導(dǎo)航系統(tǒng)上有著很成熟的應(yīng)用。近年來，這一技術(shù)也廣泛應(yīng)用于一些民用領(lǐng)域，如：交通系統(tǒng)中的車輛牌照的識(shí)別、金融安全系統(tǒng)中個(gè)人簽名、指紋的識(shí)別等。因而對(duì)這一技術(shù)進(jìn)行深入的研究具有一定的實(shí)用意義，利用計(jì)算機(jī)對(duì)光學(xué)

4、圖像識(shí)別技術(shù)進(jìn)行仿真研究，對(duì)于我們進(jìn)行真實(shí)的光學(xué)圖像識(shí)別技術(shù)的研究有幫助和借鑒作用，國外已經(jīng)有人做了一些工作，而在國內(nèi)，對(duì)這一技術(shù)進(jìn)行仿真研究的文章卻很少。MATLAB是國際公認(rèn)的優(yōu)秀的數(shù)值計(jì)算軟件。利用它提供的豐富的圖像處理函數(shù)，我們可以很方便地模擬某些真實(shí)光學(xué)系統(tǒng)對(duì)圖像的處理。例如：可以對(duì)圖像進(jìn)行傅里葉變換和傅里葉逆變換，可以仿真實(shí)現(xiàn)對(duì)圖像的空間濾波等。我們用MATLAB對(duì)光學(xué)圖像識(shí)別相關(guān)器進(jìn)行仿真，能得到較好的仿真結(jié)果。1.2本文研究內(nèi)容、意義及發(fā)展方向光學(xué)相關(guān)模式識(shí)別主要分為空間匹配濾波相關(guān)識(shí)別和聯(lián)合變換相關(guān)識(shí)別兩大類。1962年，McLachlan提出利用光學(xué)相關(guān)實(shí)現(xiàn)模式識(shí)別的想法，

5、1964年A.VanderLugt提出使用離軸全息方法制作復(fù)空間匹配濾波器，設(shè)計(jì)了匹配濾波相關(guān)器(VanderLugtCorrelator,VLC)。由于匹配濾波相關(guān)識(shí)別需要預(yù)先制作濾波器，并且濾波器的中心必須與目標(biāo)頻譜面的中心完全重合，操作繁瑣且實(shí)時(shí)性差,1966年,C.S.Weaver、J.W.Goodman和J.E.Rau提出了聯(lián)合變換光學(xué)相關(guān)的基本理論，設(shè)計(jì)了聯(lián)合變換相關(guān)器。這種相關(guān)器克服了VanderLugt相關(guān)器需要提前制作濾波器和調(diào)試要求苛刻的缺點(diǎn)，操作靈活方便。由于是將參考圖像和目標(biāo)圖像同時(shí)輸入光學(xué)系統(tǒng)，聯(lián)合變換相關(guān)器比VanderLugt相關(guān)器有更好的實(shí)時(shí)處理能力，代表了光學(xué)

6、相關(guān)器的發(fā)展方向。首先，車牌識(shí)別技術(shù)在提高高速公路收費(fèi)站效率方面起著至關(guān)重要的作用。由于高速公路運(yùn)輸中傳統(tǒng)的人工收取通行費(fèi)方法效率低下，而近幾年不斷增大的交通流量，往往使得各式車輛在收費(fèi)管卡處滯留形成“瓶頸”不能完全發(fā)揮出高速公路的優(yōu)點(diǎn)，這個(gè)問題如得不到解決，勢(shì)必影響交通運(yùn)輸線的暢通，甚至導(dǎo)致直接或間接的經(jīng)濟(jì)損失。不停車自動(dòng)收費(fèi)系統(tǒng)是解決這一問題的有效方法之一，該系統(tǒng)的啟用將大大提高收費(fèi)站各通道的處理能力，減少車輛通過的時(shí)間。目前，類似的自動(dòng)收費(fèi)系統(tǒng)在美國和歐洲一些發(fā)達(dá)國家已經(jīng)得到使用推廣，據(jù)資料表明：高速公路自動(dòng)收費(fèi)站車輛的平均通過速度為每小時(shí)1500輛，而在裝有自動(dòng)收幣機(jī)的收費(fèi)站為每小時(shí)6

7、50輛，人工收費(fèi)則最多為每小時(shí)350輛。隨著該系統(tǒng)的推廣使用，收費(fèi)站前的車輛賭塞和交通擁擠的情況得到緩解，可以為過往車輛節(jié)約運(yùn)營時(shí)間，這對(duì)于長途旅客運(yùn)輸和商用貨物運(yùn)輸也顯得尤為重要。此外，由于不停車收費(fèi)系統(tǒng)的自動(dòng)化水平高、收費(fèi)迅速而便捷、管理統(tǒng)一規(guī)范，對(duì)杜絕高速公路人為的“亂收費(fèi)”現(xiàn)象也具有特別重要的意義。其次，機(jī)動(dòng)車闖紅燈是日常交通管理中常見的交通違法現(xiàn)象，不僅擾亂了正常的交通秩序，也是造成機(jī)動(dòng)車交通事故的主要原因之一。因此采用現(xiàn)代化的先進(jìn)技術(shù)，采用智能化的交通控制和管理，為公安交通管理部門提供強(qiáng)有力的執(zhí)法證據(jù)，對(duì)改善交通秩序、保障交通安全、提高道路交叉口通行能力、減少交通事故、促進(jìn)社會(huì)的進(jìn)

8、一步發(fā)展都具有重大的社會(huì)意義。所以，作為智能交通系統(tǒng)的一個(gè)重要分支，電子警察系統(tǒng)綜合利用網(wǎng)絡(luò)、數(shù)字圖像處理、小波、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、通訊、數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)等先進(jìn)技術(shù)對(duì)闖紅燈這種交通違法現(xiàn)象進(jìn)行抓拍和處理，為公安交通部門提供強(qiáng)有力的執(zhí)法證據(jù)，對(duì)改善交通秩序、保障交通安全、提高道路交叉口通行能力、減少交通事故等都起到了重要作用。此外，在大型停車場等系統(tǒng)的管理中，車牌識(shí)別也起著重要的作用。本課題在研究聯(lián)合變換相關(guān)模式識(shí)別基本原理的基礎(chǔ)上，使用了計(jì)算機(jī)模擬將實(shí)驗(yàn)進(jìn)行的可并行處理、實(shí)時(shí)性好的光學(xué)過程轉(zhuǎn)化為編程控制、精度高和操作靈活的數(shù)字模式。使的沒有實(shí)驗(yàn)設(shè)備也可形象地看到仿真的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。由于實(shí)際應(yīng)用的需要，目標(biāo)識(shí)別系

9、統(tǒng)正向著高速化、小型化、集成化和智能化的方向發(fā)展。在現(xiàn)有條件下，研究具有這些特征的光電混合目標(biāo)識(shí)別系統(tǒng)才是現(xiàn)實(shí)可行的。從應(yīng)用上講，研制性能好的小型高速目標(biāo)識(shí)別系統(tǒng)，加速其在商業(yè)和軍事應(yīng)用領(lǐng)域的實(shí)用化，對(duì)提高生產(chǎn)效率、促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展、尤其是提高軍事打擊能力和防御能力，都有極其重要的意義。本課題在研究聯(lián)合變換相關(guān)模式識(shí)別基本原理的基礎(chǔ)上，使用了計(jì)算機(jī)模擬將實(shí)驗(yàn)進(jìn)行的可并行處理、實(shí)時(shí)性好的光學(xué)過程轉(zhuǎn)化為編程控制、精度高和操作靈活的數(shù)字模式。使的沒有實(shí)驗(yàn)設(shè)備也可形象地看到仿真的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。第2章相關(guān)目標(biāo)識(shí)別理論及仿真2.1光學(xué)圖像識(shí)別技術(shù)的基本原理光學(xué)圖像識(shí)別技術(shù)有兩種重要的實(shí)現(xiàn)方法：其一是采用Van

10、derLugt相關(guān)器實(shí)現(xiàn)；其二是采用聯(lián)合變換相關(guān)器實(shí)現(xiàn)。這兩種方法相同之處是它們都采用了4f光學(xué)成像系統(tǒng)。如圖1所示。其中，I平面為輸入平面，T平面為頻譜平面，O平面為輸出平面，L1、L2為傅里葉透鏡。下面分別介紹這兩種方法輸入平面I顏諂平而T輸岀平面0圖2-14f光學(xué)成像系統(tǒng)2.1.1VanderLugt相關(guān)器原理VanderLugt相關(guān)器對(duì)圖像的識(shí)別是在空間濾波的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的，其方法是在4f系統(tǒng)的頻率平面上放置一個(gè)匹配濾波器，在頻率域中對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行相位補(bǔ)償，從而在輸出平面上產(chǎn)生會(huì)聚的相關(guān)光斑。如果目標(biāo)圖像為i(Xy)，其頻譜為ffy)二Fi(X，川(F*為傅里葉變換算I*(ff)TOC

11、o 1-5 h z符)，則匹配濾波器為目標(biāo)圖像頻譜的復(fù)共軛，即丿/。將待識(shí)別的圖像g(x,y)放置在4f系統(tǒng)的輸入平面上，將匹配濾波器放置在4f系統(tǒng)頻譜平面，在單色平行相干光的照明下，經(jīng)過空間濾波后，頻譜平面上的頻譜為G(ff*(f，f)甘中G(ff)為g(x,y)的頻譜即G(ff)二Fg(x,y)則x,yxy，其屮x,y為的頻譜，即x,y。則在4f系統(tǒng)輸出平面上能得到的圖像為o(x:y)=F-1G(f,f)I*(f,f)=i(x)g(x:y)xyxy其中，F(xiàn)T*為傅里葉逆變換算符，符號(hào)“”表示相關(guān)運(yùn)算，i(x,y)=FI(f,f)，g(x,y)=FG(f,f)。xyxy如果待識(shí)別圖像中含有目

12、標(biāo)圖像信息，則在輸出圖像的相應(yīng)位置會(huì)產(chǎn)生相關(guān)最強(qiáng)，出現(xiàn)亮斑，否則只出現(xiàn)彌散的光斑。2.1.2聯(lián)合變換相關(guān)器原理聯(lián)合傅里葉變換相關(guān)器(joint-Fouriertransformcorrelator,JTC)簡稱聯(lián)合變換相關(guān)器，分成兩步，第一步是用平方記錄介質(zhì)(或器件)記錄聯(lián)合變換的功率譜，如圖所示。透過率為f(x,y)，置于輸入平面(透鏡前焦面)xy的一側(cè)，起中心位于(-a,0)；參考圖像(例如參考目標(biāo)、檔案指紋)的透過率為g(x,y)，置于輸入平面的另一側(cè)，其中心位于(a,0)。用準(zhǔn)直的激光束照射f，g,并通過透鏡進(jìn)行傅里葉變換。在譜面(透鏡的后焦面)uv上的復(fù)振幅分布為S(u,v)=fff

13、(x+a,y)+g(x-a,y)exp-i；(xu+yv)dxdygg2兀2兀=expiauF(u,v)+expiauG(u,v)式中F、G分別是f,g的傅里葉變換。如果用平方律記錄介質(zhì)或用平方律探測器來記錄譜面上的圖形，即得到聯(lián)合變換的功率譜。當(dāng)f二g(兩個(gè)圖形完全相同)時(shí)，上式化作2兀|S(u,v)|2=1F(u,v)|2+expiau-F2w,v)G*(u,v)|S(u,v)|2=21F(u,v)|2低+cosau)2?！?expiau-F*(u,v)G(u,v)+1G(u,v)I2亦即相同圖形聯(lián)合變換的功率譜為楊氏條紋。聯(lián)合變換相關(guān)器是在輸入平面上對(duì)稱地放置待識(shí)別圖像v(x,y)與目標(biāo)

14、圖像心y)，形成聯(lián)合的輸入信號(hào)i(Xy)=V(X-a，yt(X+a，y)如圖2(a)所示。在單色平行相干光的照明下，經(jīng)過透鏡L1的傅里葉變換作用，在頻譜平面上形成聯(lián)合傅里葉I(f,f)=Fv(x-a,y)+1(x+a,y)=V(f,f)exp(-j2nfa)+T(f,f)exp(-2nfa)xyxyxxyy其中，V(fxfy)二FV(x，y)，T(fxf=Ft(x，y)。在頻譜平面上用強(qiáng)度敏感器件接收聯(lián)合傅里葉譜，并將其轉(zhuǎn)化為聯(lián)合功率譜，其表達(dá)式為11(f,f)|2=1V(f,f)|2+V*(f,f)T(f,f)exp(j4吋a)xyxyxyxyx+V(f,f)T*(f,f)exp(-j4吋a

15、)+IT(f,f)|2xyxyyxy聯(lián)合功率譜經(jīng)透鏡L2的傅里葉逆變換作用，在輸出平面上得到相關(guān)輸出O(xy)，其表達(dá)式為這里，5(*)為狄拉克函數(shù)，符號(hào)“*”表示卷積運(yùn)算，t(x,y)=F-iT(f,f)，xy0(x,y)=F-1II(f,f)|2=xyv(x,y)v(x,y)+1(x,y)v(x,y)*5(x+2a,y)+v(x,y)t(x,y)*5(x-2a,y)+1(x,y)t(x,y)v(x,y)=F-1V(f,f)，輸出的結(jié)果分為3個(gè)部分：第一、四項(xiàng)分別為目標(biāo)圖像和xy待識(shí)別圖像的自相關(guān)，它們重疊在輸出平面的中心附近，稱為0級(jí)，它們不是我們要的信號(hào)；第二、三項(xiàng)為目標(biāo)圖象和待識(shí)別圖像

16、共軛互相關(guān)項(xiàng)，分別位于輸出平面的：2a,0)秋-2a,0)附近，分別稱為1級(jí)。如圖2(b)所示，如果待識(shí)別圖像中含有目標(biāo)圖像信息,則會(huì)在(-2a,0)和(2a，0)附近產(chǎn)生相關(guān)的亮斑。平面(b)輸岀平面圖2聯(lián)合變換相關(guān)器的輸入平面和輸出平面2.1.3圖像識(shí)別原理及光路圖本文主要是進(jìn)行VanderLugt相關(guān)器對(duì)圖像的識(shí)別。光學(xué)聯(lián)合變換是一種傅里葉分析技術(shù)，傅里葉透鏡是最重要的執(zhí)行器件。傅里葉分析對(duì)分析線性和非線性現(xiàn)象都是一個(gè)極其有用的數(shù)學(xué)工具。二維傅里葉變換是最常用的傅里葉變換理論，是光學(xué)相關(guān)理論的重要組成部分。在介紹透鏡的傅里葉變換特性之前先簡單回顧直角坐標(biāo)系中的二維傅里葉變換。對(duì)于（x,y

17、）平面上的二元函數(shù)門門，其傅里葉變換（也叫傅里葉譜或頻譜）定義為：OC0C尸（帀）=打/（芯刃巳住一丿2兀點(diǎn)疋+卩）加（21）其中，是函數(shù)F對(duì)應(yīng)的直角坐標(biāo)系的兩個(gè)坐標(biāo)變量，通常稱為頻率。（兀,爲(wèi)）都是實(shí)變量exp-2（+7/7），函數(shù)f（xy）可以是實(shí)函數(shù)，也可以是復(fù)函數(shù)。被稱為二維傅里葉變換的核。類似地,的傅里葉逆變換定義為:衛(wèi)00(22)f（y）=J尸（仙）巳賞丿2呎亠加打州呦X：-0C函數(shù)的傅里葉逆變換也稱為函數(shù)口匚的傅里葉積分。其原理可以用圖1.1說明。FiPj準(zhǔn)直透鏡輸入平面物鏡頻譜平面成像透鏡輸出平面4f圖2.1光學(xué)模式識(shí)別丿系統(tǒng)在物面P1的輸入目標(biāo)，f(x,y)經(jīng)過4f系統(tǒng)與放置

18、在頻譜平面P上的匹配濾波器h(x,y)進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，其相關(guān)輸出結(jié)果顯示在輸出平面P上。如果輸出的相關(guān)結(jié)果為3一個(gè)尖銳的亮點(diǎn)，說明f(x,y)與h(x,y)匹配，否則f(x,y)為假目標(biāo)。相關(guān)器由探測到的二維圖像識(shí)別快速變化的三維目標(biāo)，從本質(zhì)上講，這個(gè)問題是解數(shù)據(jù)不全的反問題,因此，這種識(shí)別不可能是完全和準(zhǔn)確的。1964年，VanderLugt提出了使用離軸全息方法制作匹配空間濾波器，構(gòu)成VanderLugt相關(guān)器(VanderLugtCorrelator,VLC),通過光學(xué)相關(guān)運(yùn)算識(shí)別目標(biāo)。VanderLugt相關(guān)器是最早的具有代表性的光學(xué)模式識(shí)別系統(tǒng)，由于它的高速和大容量優(yōu)點(diǎn)，使得光學(xué)模式識(shí)

19、別成為光學(xué)信息處理的一個(gè)熱點(diǎn)。但是，VanderLfigt相關(guān)器自身有兩個(gè)不利于工程應(yīng)用的弱點(diǎn)：需要提前制作頻譜面只上的匹配濾波器，缺乏靈活性；為了使匹配濾波器達(dá)到很好的識(shí)別效果，必須將濾波器的中心與目標(biāo)頻譜面的中心完全重合，而這一點(diǎn)是很難實(shí)現(xiàn)的。1966年，C.S.Weaver、J.W.Goodman和J.E.Rau提出了聯(lián)合變換相關(guān)器(JointTransformCorrelators,JTC)，克服了VanderLugt相關(guān)器的兩個(gè)缺點(diǎn)。憑借著這兩個(gè)優(yōu)勢(shì)，聯(lián)合變換相關(guān)器迅速取代了VanderLegt相關(guān)器成為光學(xué)模式識(shí)別的主流技術(shù)。當(dāng)然，經(jīng)典聯(lián)合變換相關(guān)器自身也存在著兩個(gè)方面不足：聯(lián)合變

20、換相關(guān)存在較強(qiáng)的零級(jí)衍射，而輸出面中相關(guān)輸出的衍射效率較低，影響相關(guān)峰的探測；聯(lián)合變換相關(guān)輸出面中的零級(jí)衍射峰所占面積較大，限制了輸入面的目標(biāo)圖像和參考圖像的大小和相對(duì)位置，降低了輸入面的空間帶寬積的使用率。2.2MATLAB仿真實(shí)現(xiàn)在MATLAB中，圖像是用矩陣來表達(dá)的。使用MATLAB的imread()函數(shù)，我們可以很方便地讀取圖像信息，把它存儲(chǔ)在一個(gè)矩陣中，并顯示我們獲得的圖像0MATLAB提供了fft2()、ifft2()、fftshift()和ifftshift()這4個(gè)函數(shù)，能夠讓我們很容易地模擬4f光學(xué)成像系統(tǒng)的變換作用，并能得到同時(shí)含有振幅和位相信息的復(fù)矩陣。由于光學(xué)信息處理中

21、通常顯示的是強(qiáng)度信息，所以在MATLAB中要用abs()函數(shù)對(duì)復(fù)矩陣取模，同時(shí)為了顯示的方便，還要對(duì)取了模的復(fù)矩陣進(jìn)行對(duì)數(shù)運(yùn)算，以降低顯示的幅值。在MATLAB中，矩陣的乘法運(yùn)算有兩種:乘(符號(hào)為“*”)和點(diǎn)乘(符號(hào)為即按通常的矩陣乘法運(yùn)算進(jìn)行；“*”是兩個(gè)矩陣按對(duì)應(yīng)的矩陣元的相乘，在對(duì)光學(xué)系統(tǒng)的仿真的過程中，我們是采用點(diǎn)乘的方法來實(shí)現(xiàn)對(duì)光學(xué)圖像的變換的。下面用MATLAB分別對(duì)前面提到的兩種光學(xué)相關(guān)器進(jìn)行仿真。1、讀取待處理的圖像，將其轉(zhuǎn)化為二值圖像goalO=imread(C:UsersAdministratorDesktop3.jpg);goal=im2bw(goal0);其中imrea

22、d()是讀取圖像函數(shù)，C:UsersAdministratorDesktop3.jpg為目標(biāo)圖像原圖的路徑，im2bw()是將圖像轉(zhuǎn)為二值圖像函數(shù)。2、將車牌圖像反白處理，并擴(kuò)充為179X339的矩陣(如下圖)，以便下面傅立葉變換中矩陣旋轉(zhuǎn)運(yùn)算的進(jìn)行。goal=goal;goal(179,339)=0;s=size(goal)figure;imshow(goal);1357913578587908698574875498939383758789485437584758目標(biāo)圖像3、從文件讀取一個(gè)字符模板(以“7”為例，模板圖像直接從上述二值圖像中截取得到)。對(duì)圖像計(jì)算傅立葉描述子，用預(yù)先定義好的

23、決策函數(shù)對(duì)描述子進(jìn)行計(jì)算。變換后的圖像中，亮度的高低指示相應(yīng)區(qū)域與模板的匹配程度(如下圖)。w0=imread(C:UsersAdministratorDesktop7.jpg);w=im2bw(wO);w=w;C=real(ifft2(fft2(goal).*fft2(w,179,339);figure;imshow(C);其中C:UsersAdministratorDesktop7.jpg為待識(shí)別字符的圖片路徑。傅里葉變換后相關(guān)輸出4、通過檢查C的最大值，經(jīng)過多次試驗(yàn)，確定一個(gè)合適的門限(這里33比較合適),顯示亮度大于該門限的點(diǎn)，也就是與模板的匹配程度最高的位置(如下右圖)。thresh

24、=33;400200300100figure;imshow(Cthresh);對(duì)照(a)和(c)兩圖，可以說明字符“7”被識(shí)別和定位了。同樣的方法，可以識(shí)別和定位其它字符。5、將相關(guān)識(shí)別的仿真結(jié)果的相關(guān)峰輸出F=conj(C).*C;figure;surf(F);其中conj()是對(duì)矩陣的復(fù)共軛變換函數(shù)。surf()是對(duì)三維圖像輸出。40003000：2000-100D-.1002000相關(guān)峰輸出從相關(guān)峰的位置可以看出，含有特征信號(hào)的位置出現(xiàn)了明顯的亮斑，與特征信號(hào)相似的位置有模糊的光斑，與特征信號(hào)不相似的位置就沒有相關(guān)的最強(qiáng)出現(xiàn)。圖（d）顯示了五個(gè)相關(guān)極大峰的分布情況，在圖中我們能看到有特征

25、信息的地方，相關(guān)峰很明顯。從上面的仿真結(jié)果可以看出，利用MATLAB可以比較容易地實(shí)現(xiàn)對(duì)光學(xué)圖像識(shí)別相關(guān)器的仿真，而且仿真的結(jié)果和實(shí)際實(shí)驗(yàn)的結(jié)果是相符合的。因此，用MATLAB實(shí)現(xiàn)的對(duì)光學(xué)圖像識(shí)別相關(guān)器的仿真的這一新方法,有助于我們對(duì)光學(xué)圖像識(shí)別技術(shù)的研究。第3章光學(xué)圖像識(shí)別與防偽技術(shù)近年來，偽造貨幣和信用卡的犯罪問題已增加到令人吃驚的地步，去年，世界范圍內(nèi)僅偽造信用卡的面值就超過10億美元。隨著計(jì)算機(jī)、CCD技術(shù)、圖象處理硬件及軟件、打印機(jī)、掃描儀和復(fù)印機(jī)的迅速發(fā)展，照片、標(biāo)牌、標(biāo)識(shí)、紙幣或圖案的復(fù)制都變得更加簡單了，這就引起人們關(guān)注防偽技術(shù)的研究和發(fā)展。在日益發(fā)展的生物統(tǒng)計(jì)識(shí)別領(lǐng)域中，光學(xué)

26、技術(shù)正被用來研制視網(wǎng)膜掃描、手形及紋理識(shí)別、指紋鑒別等方面的儀器。信用卡、護(hù)照和其它的身份證一般采用全息圖來防止被復(fù)制。但是，目前科學(xué)技術(shù)已非常先進(jìn)，以致于很容易通過拍照或用CCD相機(jī)獲取信用卡上的全息圖象。這是采用市場上供應(yīng)的光學(xué)元件或全息圖再生設(shè)備來合成一幅新的全息圖。因此，制作用普通光源不能讀出的圖案可能是我們下一步所需要采取的措施。盡管一種薄膜光學(xué)涂層已用于面值大于20加拿大元的紙幣，但全息圖仍然用作現(xiàn)鈔上“紋理”的檢驗(yàn)?；诜纻文康牡墓鈱W(xué)技術(shù)發(fā)展迅猛，本文提出了一種新思想，確保信用卡、護(hù)照及身份證的安全性，不易被復(fù)制。這是一種復(fù)相位振幅圖案的新方案。對(duì)光強(qiáng)敏感的探測器，如CCD照相機(jī)

27、，它是不可見的，不能相被復(fù)制。其基本原理是將一相位掩模與原始識(shí)別振幅圖案，如指紋、臉部相片或簽名，永久地、不可恢復(fù)地結(jié)合起來。相位掩模和原始圖案都可以通過光學(xué)處理器或相關(guān)器識(shí)別。此種相位編碼很難復(fù)制，并且它與個(gè)人身份證號(hào)碼、指紋或照片結(jié)合，形成一個(gè)萬無一失的防偽識(shí)別系統(tǒng)。相位掩模的制作可以利用透光的壓紋塑料薄膜、漂白的攝影薄膜、蝕刻的玻璃或金屬反射器。另外，隨機(jī)相位掩模不必疊放在原始圖案上，可將其靠在證件的原始圖案旁，或單獨(dú)用于所制造的識(shí)別項(xiàng)目上。這里將討論幾種實(shí)現(xiàn)這種構(gòu)想的方法，最終所采用的方式取決于防偽的級(jí)別。3.1系統(tǒng)描述驗(yàn)卡系統(tǒng)可以是常見幾種相干光處理器結(jié)構(gòu)的一種，可以采用聯(lián)合變換相關(guān)

28、器或是頻譜面光學(xué)相關(guān)器。在頻譜面相關(guān)器中，一個(gè)需要驗(yàn)證的物體或原始圖案g(X,y)，由一幅貼有相位掩膜的振幅灰度圖樣構(gòu)成，把物體放在處理器的入射平面，相位掩膜可以疊加在指紋、身份證照片或者信用卡上。因此，復(fù)合輸入信號(hào)是i(x,y)g(x,y)expjM(x,y)相干光照明復(fù)合掩模，通過反射或信用卡上的透明部位提取信號(hào)。處理器已有exp(x,y)的先驗(yàn)知識(shí)。在傅氏平面放置一檢驗(yàn)相位的空間濾波器，它可以是各種匹配濾波器或空間濾波器。輸入的掩模圖案用透鏡實(shí)現(xiàn)傅氏變換，再乘以空間濾波器的傳遞函數(shù)。第二塊傅氏變換透鏡在處理器的輸出處產(chǎn)生相關(guān)點(diǎn)，能被CCD成像器件探測到。如果空間濾波器與輸入相位掩模匹配或

29、高度相關(guān)，一個(gè)高強(qiáng)度點(diǎn)將被CCD成像器件探測到。當(dāng)這個(gè)強(qiáng)度超過某個(gè)預(yù)定值，將產(chǎn)生一個(gè)表明真實(shí)性的驗(yàn)證信號(hào)。如果輸入相位掩模是假的，輸出相關(guān)點(diǎn)的強(qiáng)度將低于閾值。采用非線性聯(lián)合變換相關(guān)器檢驗(yàn)卡的真實(shí)性。復(fù)合掩模和對(duì)應(yīng)的參考相位掩模在JTC的入射平面被相干光照射，兩輸入象經(jīng)透鏡傅氏變換發(fā)生干涉，按平方律探測得到聯(lián)合功率譜，對(duì)聯(lián)合功率譜進(jìn)行傅里葉逆變換，可以得到輸入掩模和參考掩模的相關(guān)性。如果采用空間光調(diào)制器，JTC中單個(gè)空間光調(diào)制器方案是可取的，對(duì)于這種應(yīng)用，它可能更經(jīng)濟(jì)有效。對(duì)于一個(gè)沒有采用SLM的系統(tǒng)，用電子學(xué)技術(shù)對(duì)聯(lián)合功率譜作傅氏變換，也可得到相關(guān)信號(hào)。在聯(lián)合變換相關(guān)器中，來自信用卡的輸入相位

30、掩模占據(jù)了整個(gè)輸入象平面的一半，輸入平面的另一半是投射或反射式的參考相位編碼。如果對(duì)不同的信用卡，相位掩模應(yīng)該實(shí)時(shí)更換，則相應(yīng)的參考相位掩模可以從計(jì)算機(jī)中調(diào)出，并寫入輸入面的空間調(diào)制器上。如果更換的速度要求不高，可以用機(jī)械的方法更換相位掩模。聯(lián)合變換相關(guān)器能方便快速的改變持卡人碼或者編寫一個(gè)特殊碼。對(duì)預(yù)防未鑒定系統(tǒng)，JTC是極其重要的，因?yàn)樵陬l譜面相關(guān)器中，傅氏平面濾波的準(zhǔn)直影響很大。由于光學(xué)裝置有限的動(dòng)態(tài)范圍，非線性JTC可能更為實(shí)用。用非線性JTC檢驗(yàn)相位編碼身份證，將相位掩模疊加在身份證或信用卡的指紋或圖像上。驗(yàn)證輸入相位掩模的處理器也可以同樣用于原始圖案，如指紋或照片的鑒別，處理器要具有原始圖案g(x,y)的先驗(yàn)知識(shí)，并且重復(fù)同樣的鑒別過程。3.2附加的安全措施為了更加安全，原始圖案本身可以進(jìn)行相位編碼，也就是指紋、照片本身可以寫為一種相位掩模，并與前面所討論的隨機(jī)相位掩模組合，則每個(gè)象素的相位是兩個(gè)相函數(shù)的代數(shù)和。這樣做的結(jié)果是，在普通光源下，組合掩模對(duì)眼睛或任何探測器而言是完全不可見的。組合掩?？梢杂门c相位掩模相同的方法制作，例如折射、壓紋或漂白技術(shù)等。該技術(shù)具有附加的保密價(jià)值，任何試圖偽造卡的人很難確定要復(fù)制的原始圖案的類型，即使他們得到