[发明专利]一种光电混合匹配滤波相关器

权利要求书

1.一种光电混合匹配滤波相关器，包括图像传感器（1），嵌入式处理器（4），空间光调制器（6），准直激光束（5），傅里叶透镜（7），光电探测器（8），其特征在于，图像传感器（1）连接嵌入式处理器（4），空间光调制器（6）位于傅里叶透镜（7）之前，傅里叶透镜（7）位于光电探测器（8）之前；嵌入式处理器（4）将外部存储器中的匹配滤波器读入内存，在进行1：N识别时，首先探测器（1）采集目标图像（2），嵌入式处理器（4）对其进行预处理后求其频谱，对频谱进行二值化处理，其次嵌入式处理器（4）从内存中读出匹配滤波器，与二值化后的频谱点乘后送入空间光调制器（6），在准直激光束（5）的调制下，通过傅里叶透镜（7）进行傅立叶逆运算，在其焦平面上得到相关结果，由探测器（8）接受并传递回嵌入式处理器，嵌入式处理器（4）进行相关计算后输出结果（3）；

依据所用空间光调制器的不同，计算分相位型空间光调制器和振幅型空间光调制器两种，具体内容如下：

（Ⅰ）相位型空间光调制器

设参考图像依次为                                                ，， ，，对应的偏移因子依次为，，，，

计算机依次求取参考图像频谱的复共轭为，，，，

将图像频谱的复共轭与相应偏移因子依次相乘，然后求和得匹配滤波器为

                  (4)

嵌入式处理器实时计算目标图像频谱

                             (5)

嵌入式处理器将匹配滤波器和目标频谱点乘，然后输入至相位型空间光调制器，利用光学傅立叶透镜完成傅立叶逆运算，输出相关结果

           (6)

其中“” 为卷积，“”为相关，从（6）式可以看出，输出结果中只有目标图像和模板图像之间的相关项，只要模板图像中有与目标图像相同的图像，就会在相应点出现明亮的光斑；

（Ⅱ）振幅型空间光调制器

设参考图像依次为，， ，，对应的偏移因子依次为，，，，

计算机依次求取参考图像频谱的复共轭为，，，，

将图像频谱的复共轭与相应偏移因子依次相乘，然后求和得匹配滤波器为

                     (7)

嵌入式处理器实时计算目标图像频谱

                             (8)

嵌入式处理器将匹配滤波器和目标频谱点乘

               (9)

取式（9）实部，得到识别所需功率谱

                (10)

然后将式（10）相关项输入至振幅型空间光调制器，利用光学傅立叶透镜完成傅立叶逆运算，输出相关结果

                    (11)

其中“”为卷积，“”为相关，从式（11）可以看出，输出结果中只有目标图像和模板图像之间的相关项，只要模板图像中有与目标图像相同的图像，就会在相应点出现明亮的光斑，从而能够进行1：N识别。

2.根据权利要求1所述的光电混合匹配滤波相关器，其特征在于，滤波器提前利用计算机制作，根据1：N识别的模板图像数N，取N幅模板图像，利用计算机提前分别计算频谱、取复共轭、与偏移因子相乘后求和，然后进行二值化并存入存储器中，依次直到取完所有模板图像，制作完成滤波器。

3.根据权利要求1所述的光电混合匹配滤波相关器，其特征在于，嵌入式处理为FPGA或DSP芯片。

4.根据权利要求1所述的光电混合匹配滤波相关器，其特征在于，准直激光束（5）为固体激光器、光纤激光器、气体激光器、半导体激光器中的一种，体积紧凑的激光器，通过扩束准直系统得到的准直激光束。

5.根据权利要求1所述的光电混合匹配滤波相关器，其特征在于，傅里叶透镜（7）为胶合透镜或衍射光学元件。

6.根据权利要求1所述的光电混合匹配滤波相关器，其特征在于，光电探测器（1）为光电管阵列或为高速图像传感器。

7.根据权利要求1所述的光电混合匹配滤波相关器，其特征在于，空间光调制器（6）为相位型空间光调制器或振幅型空间光调制器。