8. Оптическая обработка информации, корреляционный анализ и оптические корреляторы

Среди систем обработки информации, которые нашли практическое применение, целесообразно отметить оптические анализаторы спектра и оптические корреляторы, описанные Катрона и др. [3].

8.1. Анализаторы спектра

По существу оптический анализатор спектра аналогичен оптическому спектрометру с дифракционной решеткой, в котором используются монохроматическое излучение и несовершенная дифракционная решетка [9, 10].

Несовершенства решетки в оптическом анализаторе спектра составляют наиболее существенную часть интересующей нас информации, которая регистрируется на фотопленке, например, с помощью катодно-лучевой трубки. Примером сигналов, регистрируемых и анализируемых таким способом, могут служить сейсмограммы колебаний почвы. Задача анализа здесь состоит в том, чтобы определить спектр мощности по сейсмограмме,

которая является несовершенной дифракционной решеткой. Принцип действия анализаторов спектра основан на том, что распределение амплитуды света в дифракционной картине, образованной оптической решеткой, соответствует фурье-образу комплексной амплитуды, прошедшей через решетку (совершенную или несовершенную!), когда эта решетка освещается плоской волной монохроматического света. Другими словами, распределение интенсивности дифракционной картины, образованной решеткой, есть не что иное, как спектр несовершенств волнового фронта, получающегося после дифракции света на решетке. Если эти несовершенства вводятся в решетку преднамеренно, например, в виде полос интенсивности, зарегистрированных на фотографическом транспаранте, то спектр, формируемый с помощью оптического преобразования Фурье, будет сразу же давать спектральное распределение вариации интенсивности сигнала в зависимости от координат на пленке.

Рис. 17. Схема для осуществления спектрального анализа.

Классический образец применения этого принципа можно найти в акустике (см., например, Фишер и Лихте [8]).

Исчерпывающее теоретическое рассмотрение соотношений между несовершенствами решетки и спектральной дифракционной картиной было дано в работе [9] в форме, непосредственно применимой к анализу спектра, производимому в анализаторах спектра. Джексон [10] недавно рассмотрел эту проблему в конкретном применении к дифракционному методу обработки геофизических данных.

Схема оптического анализатора спектра дана на рис. 17. В обозначениях этого рисунка имеем [соотношение (18) гл. 3]

где комплексная амплитуда света, прошедшего через фотограмму, спектр которой, т. е. распределение спектральной интенсивиости, мы хотим получить. В явном виде в плоскости

Рис. 18. Координаты изображения, получаемого при спектральном анализе.

изображения получаем комплексный спектр [соотношение (1а) гл. 3]

где

Спектр интенсивности, зарегистрированной в фокальной плоскости описывается следующим соотношением:

Важное достоинство оптического анализатора состоит в том, что такие анализаторы способны выполнять спектральный анализ одновременно для десятков, сотен и в принципе для тысяч

Рис. 19. Многоканальный спектральный анализ [3].

Рис. 20 Многоканальный спектральный анализ (3].

каналов. Таким образом, достигается очень простой метод корреляционной обработки сигналов, поступающих по различным каналам. Многоканальная система изображена на рис. 19 и 20.

Одновременный анализ основан на применении цилиндрической оптики. На рис. 20 показан в двух проекциях многоканальный анализатор. На таком принципе был построен -каналь-ный анализатор для нефтяной промышленности. Сигналы, поступающие от отдельного сейсмографа, передавались и обрабатывались по одному из каналов.