Экспериментальная реализация метода оптического кодирования изображений с временным интегрированием

В. В. КРАСНОВ, М. В. КОННИК

Научный руководитель – С. Н. СТАРИКОВ

Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»

Экспериментальная реализация метода
оптического кодирования изображений

с временным интегрированием

Приводится описание и экспериментальная реализация метода оптического кодирования изображений с временным интегрированием. Метод позволяет определить достижимые характеристики дифракционного оптического кодирования с идеальным дифракционным оптическим элементом. Приводятся экспериментальные результаты кодирования и восстановления изображений, а также характеристики созданной экспериментальной установки.

В задачах дифракционного оптического кодирования существует проблема, связанная с низким качеством дифракционных оптических элементов (ДОЭ). Для определения достижимых характеристик кодирования предлагается реализация метода оптического кодирования с временным интегрированием. Кроме того, данный метод может рассматриваться как независимый метод оптического кодирования.

а	б	в	г

Рис. 1. Процесс оптического кодирования и цифрового восстановления:
а) кодируемое изображение; б) кодирующая ФРТ; в) изображение, закодированное оптическим методом с временным интегрированием; г) изображение, восстановленное из закодированного методом Тихонова

Процесс оптического кодирования с временным интегрированием реализуется свёрткой кодируемого изображения (рис. 1а) и кодирующей функции рассеяния точки (ФРТ) (рис. 1б). В данной экспериментальной реализации метода свертка осуществляется путем регистрации на цифровую камеру кодируемого изображения, перемещающегося по траектории кодирующей ФРТ на экране монитора. Перемещение осуществляется путем воспроизведения на компьютере видеоряда, состоящего из кадров с кодируемым изображением, расположенным в различных положениях на экране, соответствующих координатам различных точек кодирующей ФРТ. Далее, закодированное изображение (рис. 1в) может быть восстановлено (рис. 1г) методами деконволюции.

Качество восстановления изображений в схеме оптического кодирования с временным интегрированием зависит от особенностей кодируемого изображения, шумов, динамического диапазона и разрешающей способности фотосенсора, контрастности и разрешения монитора. Оценка качества восстановленных изображений производилась при помощи расчета нормированного среднеквадратичного отклонения (СКО) от оригинала. Характерная зависимость СКО от параметра регуляризации при восстановлении методом Тихонова приведена на рис. 2а. Минимальное значение СКО было достигнуто при кодировании полутонового изображения текста и составило 0,36.

а	б	в

Рис. 2. Пример восстановления полутонового изображения, закодированного методом оптического кодирования с временным интегрированием: а) зависимость СКО от значения параметра регуляризации; б) восстановленное изображение с минимальным СКО 0,42, отвечающее параметру регуляризации α = 10-2; в) оригинальное изображение

Созданная экспериментальная установка оптического кодирования с временным интегрированием обладает следующими характеристиками: число отсчетов в кодируемых полутоновых и бинарных изображениях - до 1200×750; динамически меняющаяся кодирующая ФРТ; время кодирования - 67 мс на один ненулевой отсчет кодирующей ФРТ; количество отсчетов в кодированных изображениях - до 1903×1301; СКО восстановленных изображений от 0,36. Показано, что восстановленные изображения характеризуются удовлетворительным визуальным качеством при потере до 50% отсчетов закодированных изображений.

Работа выполнена при поддержке Федеральной целевой программы "Научные и научно-педагогические кадры инновационной России" на годы.