10.5.8. Акустооптические корреляторы

Акустооптические корреляторы оказываются наиболее предпочтительными в системах распознавания образов, если речь идет о распознавании одномерных сигналов и если одним из важных параметров является ширина спектра сигнала. Мы рассмотрим два основных типа акустооптических корреляторов. Были исследованы, разработаны и описаны в литературе различные варианты каждого из этих типов (см., например, [19]).

На рис. 7, а приведена схема акустооптического коррелятора с пространственным интегрированием. Чтобы описать его действие, мы здесь используем несколько иной метод анализа, поскольку акустооптическая ячейка осуществляет модуляцию проходящей через нее волны света по фазе. Принятый входной сигнал подается на вход акустооптического модулятора, установленного в плоскости Промодулированная по фазе волна на выходе

модулятора описывается экспонентой вида

где К — постоянная, скорость распространения акустической волны в материале модулятора в плоскости При неглубокой фазовой модуляции выражение (24) можно переписать в виде

Формируемый в плоскости фурье-образ распределения запишется в виде

В этом выражении член, содержащий нулевые пространственные частоты, режектируется в точке плоскости и отфильтрованное изображение отображается на плоскость где находится эталонный сигнал записанный в виде транспаранта с амплитудным пропусканием Распределение комплексных амплитуд света непосредственно за плоскостью равно

Линза собирает весь свет нулевого порядка, прошедший через транспарант с эталонным сигналом, и фокусирует его на установленный в плоскости фотодетектор; фотодетектор формирует выходной электрический сигнал, амплитуда которого зависит от времени интегрирования по эффективной апертуре модулятора и равна члену пулевого порядка в фурье-преобразовании выражения (27). Таким образом,

Нетрудно видеть, что это выражение равно квадрату функции взаимной корреляции сигналов

Сообщалось о различных модификациях описанной схемы коррелятора, в которых используется много эталонных масок, комбинации цилиндрических и сферических линз, единственная акустическая ячейка с двумя преобразователями, а также об акустооптических корреляторах с зеркальной оптикой и акустооптических корреляторах для импульсных сигналов с линейной частотной модуляцией, способных сжиматься во времени. Эталонный сигнал можно сделать не фиксированным, а изменяющимся, если использовать в плоскости вторую акустооптическую ячейку с обращенным во времени эталонным сигналом, вводимым в ее нижнюю часть.

Второй тип акустооптического коррелятора, схема которого приведена на рис. 7, б, по существу представляет собой

модифицированный некогерентный коррелятор (см. разд. 10.5.14). В этой схеме входной сигнал складывается в электрической цепи с уровнем смещения а затем используется для модуляции интенсивности источника света по закону

Опорный сигнал также складывается электрически с уровнем смещения и используется для модуляции по амплитуде несущей частоты сигнала, поступающего на вход акустооптической ячейки, установленной в плоскости Плоскость с помощью линз отображается на плоскость а установленная в плоскости щель Шлирена пропускает на выход только пучок первого порядка, благодаря чему интенсивность, регистрируемая линейкой фотодетекторов, установленной в плоскости дается выражением

Интегрирование по времени сигнала на выходе решетки фотодетекторов приводит к тому, что интенсивность на выходе фотодетектора после удаления постоянной составляющей записывается в виде интеграла

который представляет собой интересующую нас взаимную корреляцию функций

Как отмечалось выше, акустооптические корреляторы целесообразно использовать в тех случаях, когда необходимо осуществлять корреляцию весьма широкополосных сигналов (с полосой порядка Основным недостатком этих корреляторов является ограниченная величина произведения времени на ширину полосы пропускания (порядка 1000—2000), а также то, что они могут работать лишь с одномерными сигналами.