專利名稱：光電混合角度判別方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于計(jì)量角度或錐度的方法或裝置，特別是一種光電混合角度判別方法及裝置。
蘇聯(lián)專利SU 1206614A，申請(qǐng)?zhí)?728796/24-28，申請(qǐng)日84.04.06，名稱為“ОПТИКО-ЗЛЕКТРОННАЯ УГЛОМЕ-РНАЯ СИСТЕМА”，提出了一種光電混合角度判別方法。這一方法不足之處是(1).非實(shí)時(shí)性;(2).線路不具有通用性;(3).只能測(cè)輻射源角度。
A.J.Worth等(A Neural Network for Tactile SensingThe Hertzian Contact Problem，pp.I-267～1274，IJCNN，Washington，DC June 18-22，1989)提出了一種用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行接觸性角度判別的方法。這一方法的不足之處是(1).只能判定接觸性角度變化;(2).只能識(shí)別單個(gè)目標(biāo)的角度變化;(3).不能對(duì)成像物體進(jìn)行角度判定。
本發(fā)明的目的是建立一種光電混合式人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)角度判別系統(tǒng)，能對(duì)非接觸性的多成像物體進(jìn)行實(shí)失角度判別的方法和裝置，其結(jié)構(gòu)和線路具有通用性。
先對(duì)本發(fā)明的附圖作一簡單說明

圖1是光電混合后角度判別系統(tǒng)的框圖。其中1為圖像輸入，2為CCD攝像，由1和2組成成像單元;3為高亮度陰極射線管成像器，4為相干光相關(guān)處理，5為相關(guān)峰值輸出，由3、4、5組成光信息處理單元;6為多路電子人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。
圖2是光相干器光路圖，其中3為高亮度陰極射線管成像器，7、8為平面反射鏡，9為成像鏡組，10為液晶光閥;11為氦氖激光器，12為擴(kuò)束器，13為平面反射鏡，14為平直鏡，15為偏振片，16為分束棱鏡，17為偏振片，18為傅里葉透鏡，19為匹配濾波器，20、21為平面反射鏡，22為傅里葉透鏡，23為平面反射鏡，24為毛玻璃片，25為平面反射鏡，26為小型CCD攝像儀。
圖3為一種電子人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)線路圖。其中27為線性放大單元，28為準(zhǔn)線性電子人工神經(jīng)元，29為半S型電子人工神經(jīng)元，30為線性放大單元。
圖4為準(zhǔn)線性人工神經(jīng)元線路圖。
圖5為半S型人工神經(jīng)元線路圖。
圖6、圖7、圖8、圖9分別為圖3的A、B、C、D局部放大圖。
本發(fā)明的目的是這樣來達(dá)到的光電混合角度判別方法，其中包括從不同通道獲取圖象，用成象數(shù)據(jù)流描述，不同灰階的圖象經(jīng)過硬件預(yù)處理，將視頻轉(zhuǎn)換成易于相關(guān)運(yùn)算的二進(jìn)制圖象。再將成象信號(hào)轉(zhuǎn)換成光信息。光信息經(jīng)相干光相關(guān)處理，根據(jù)4f典型相干光信息處理原理，實(shí)現(xiàn)模擬光計(jì)算。再由小型CCD攝像機(jī)獲取相關(guān)峰成像圖;然后由多路電子人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)相關(guān)峰檢測(cè)、判定、顯示和輸出。本發(fā)明的特征在于采用光學(xué)相關(guān)器實(shí)時(shí)識(shí)別成象目標(biāo)及輸出目標(biāo)的相關(guān)峰，傳輸?shù)蕉嗦啡斯ど窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)，由神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行角度判別。多路人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的權(quán)值采用下式學(xué)習(xí)
其中ε＝1/(J+M+P)，α＝(2J+M)/(J+M+P)，β＝-J/(J+M+P)，J、M、P為常量，E為能量，t為時(shí)間變量。為了保證輸入信號(hào)足夠大，神經(jīng)元能在線路中正常工作，而且盡量工程實(shí)用化，用一種準(zhǔn)線性神經(jīng)元模式，來作為角度判定人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入層和隱含層?？紤]到光學(xué)對(duì)負(fù)信號(hào)處理有困難，以及神經(jīng)元實(shí)現(xiàn)1/(1+10-x)功能時(shí)能工程化，為此建立了一種半S型人工神經(jīng)元模式，作為角度判定人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸出層。準(zhǔn)線性神經(jīng)元模式和半S型神經(jīng)元模式在專利申請(qǐng)CN90102857.6(申請(qǐng)日90.05.17)和CN90102905.X(申請(qǐng)日90.07.20)中有詳細(xì)闡述。多路電子人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的權(quán)值通過三次訓(xùn)練產(chǎn)生，第一次是用1/(1+e-x)和1/(1+10-x)為人工神經(jīng)元函數(shù)訓(xùn)練權(quán)值，這次是理論值獲取和保證權(quán)值收斂;第二次用1/(1+10-x)和1/2+(1/4)X為人工神經(jīng)元函數(shù)訓(xùn)練權(quán)值，是按準(zhǔn)線性神經(jīng)元確定輸入層和隱含層，訓(xùn)練輸出層;第三次按實(shí)際線路閾值對(duì)權(quán)值再次訓(xùn)練，訓(xùn)練輸出層。
光電混合角度判別裝置。其中包括(1)高亮度陰極射線管，用其接受成象信號(hào)，輸出光信息至光相關(guān)器;(2)光相關(guān)器，用它實(shí)現(xiàn)模擬光計(jì)算，將相關(guān)運(yùn)算結(jié)果直接由小型CCD攝像機(jī)獲取;(3)小型CCD攝像機(jī)，來獲取相關(guān)峰成象圖，快速傳輸?shù)蕉嗦冯娮尤斯ど窠?jīng)網(wǎng)絡(luò);本發(fā)明的特征在于光相關(guān)器光路設(shè)計(jì)為一路非相關(guān)光束由高亮度陰極射線管3接受輸入物體成象信號(hào)并輸出光信息，順序經(jīng)平面反射鏡7、8，成象透鏡組9，到達(dá)液晶光閥10，實(shí)行空間光調(diào)制;另一路相干光束由氦氖激光器11發(fā)出順序經(jīng)過擴(kuò)束器12，平面反射鏡13、平面鏡14、偏振片15到分束棱鏡16，折向液晶光閥10，形成由一束平行光照明輸入物體圖象;再順序通過分束棱鏡16，偏振片17、傅里葉透鏡18、匹配濾波器19、平面反射鏡20、21、傅里葉透鏡22、平面反射鏡23、毛玻璃片24、平面反射鏡25后到達(dá)小型CCD攝像機(jī)26，獲取相關(guān)峰成像圖。本發(fā)明的另一個(gè)特征是多路電子人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)接受相關(guān)峰成像圖，完成角度的實(shí)時(shí)連續(xù)判別，它是由經(jīng)過多路線性放大單元27，再經(jīng)過二層多路準(zhǔn)線性神經(jīng)元28網(wǎng)絡(luò)的輸入層和隱含層，然后進(jìn)入一層多路半S型人工神經(jīng)元29網(wǎng)絡(luò)輸臭層，再經(jīng)過多路線性放大單元30所組成。
當(dāng)飛行物旋轉(zhuǎn)時(shí)，其相關(guān)峰值發(fā)生變化，用本發(fā)明方法和裝置進(jìn)行角度判別，其步驟是1.記錄飛行物旋轉(zhuǎn)從0°到45°時(shí)的相關(guān)峰值;
2.將飛行物角度與相關(guān)峰值作為訓(xùn)練權(quán)值的原始數(shù)據(jù)輸入;
3.多路電子人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的權(quán)值訓(xùn)練，第一次用1/(1+e-x)和1/(1+10-x)為人工神經(jīng)元函數(shù)訓(xùn)練權(quán)值，是理論值獲取和保證權(quán)值收斂;第二次用1/(1+10-x)和1/2+(1/4)X為人工神經(jīng)元函數(shù)訓(xùn)練權(quán)值，是按標(biāo)準(zhǔn)性神經(jīng)元確定輸入層和隱含層，訓(xùn)練輸出層，第三次按實(shí)際閾值對(duì)權(quán)值在次訓(xùn)練，訓(xùn)練輸出層。
4.用硬件實(shí)現(xiàn)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)角度判別系統(tǒng)。
當(dāng)隱含層神經(jīng)元個(gè)數(shù)為4個(gè)時(shí)，精度達(dá)到2-3%;當(dāng)神經(jīng)元個(gè)數(shù)增加到40個(gè)以上，其角度判別精度可以提高到10-3。
本發(fā)明有如下效果和優(yōu)點(diǎn)1.可對(duì)非接觸性目標(biāo)進(jìn)行角度判別。
2.可對(duì)多目標(biāo)進(jìn)行角度判別。
3.可實(shí)時(shí)進(jìn)行角度判別。
4.可對(duì)成象物體進(jìn)形角度判別。
5.結(jié)構(gòu)與線路具有通用性。
6.不需經(jīng)模/數(shù)或數(shù)/模轉(zhuǎn)換。
7.可連續(xù)控制。
8.判別的角度值連續(xù)。
9.可用于智能傳感器設(shè)計(jì)。
權(quán)利要求
1.一種光電混合角度判別方法，其中包括(a).從不同通道獲取圖象，用成象數(shù)據(jù)流描述，不同灰階的圖象經(jīng)過硬件預(yù)處理將視頻轉(zhuǎn)換成易于相關(guān)運(yùn)算的二進(jìn)制圖象；(b).將成象信號(hào)轉(zhuǎn)換成光信息；(c).光信息經(jīng)相干光處理，實(shí)現(xiàn)模擬光計(jì)算；(d).實(shí)時(shí)獲取相關(guān)峰成象圖；(e).實(shí)現(xiàn)相關(guān)峰檢測(cè)、判定、顯示和輸出；其特征在于(f).采用光學(xué)相關(guān)器實(shí)時(shí)識(shí)別成象目標(biāo)及輸出目標(biāo)相關(guān)峰，傳輸?shù)蕉嗦冯娮尤斯ど窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)，由神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行角度判別；(g).多路電子人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的權(quán)值通過三次訓(xùn)練產(chǎn)生，第一次用1/(1+e-X)和1/(1+10-x)為人工神經(jīng)元函數(shù)訓(xùn)練權(quán)值，是理論值獲取和保證權(quán)值收斂；第二次用1/(1+10-x)和1/2+(1/4)X為人工神經(jīng)元函數(shù)訓(xùn)練權(quán)值，是按準(zhǔn)線性神經(jīng)元確定輸入層和隱含層，訓(xùn)練輸出層；第三次按實(shí)際線路閥值對(duì)權(quán)值再次訓(xùn)練，訓(xùn)練輸出層。
2.一種光電混合角度差別裝置，其中包括(a).高亮度陰極射線管。用其接受成象信號(hào)，向光相關(guān)器輸出光信息;(b).光相關(guān)器，用它實(shí)現(xiàn)模擬光計(jì)算，將相關(guān)運(yùn)算結(jié)果送至小型CCD攝像機(jī);(c).小型CCD攝像機(jī)，來獲取相關(guān)峰成象圖，快速傳輸?shù)蕉嗦冯娮尤斯ど窠?jīng)網(wǎng)絡(luò);其特征在于(d).光相關(guān)器光路設(shè)計(jì)為一路非相干光束由高亮度陰極射線管3接受輸入物體成象信號(hào)并輸出光信息，順序經(jīng)平面反射鏡7、8、成象透鏡組9，到達(dá)液晶光閥10，實(shí)行空間光調(diào)制;另一路相干光束由氦氖激光器11發(fā)出，順序經(jīng)過擴(kuò)束器12、平面反射鏡13、平直鏡14、偏振片15到分束棱鏡16，折向液晶光閥10，形成由一束平行光照明輸入物體圖象;再順序通過分束棱鏡16、偏振片17、傅里葉透鏡18、匹配濾波器19、平面反射鏡20、21、傅里葉透鏡22、平面反射鏡23、毛玻璃片24、平面反射鏡25后到達(dá)小型攝像機(jī)26，獲取相關(guān)峰成象圖;(e).多路電子人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，接受相關(guān)峰成象圖，完成角度的實(shí)時(shí)連續(xù)判別，它是由經(jīng)過多路線性放大單元27，再經(jīng)過二層多路準(zhǔn)線性電子神經(jīng)元28網(wǎng)絡(luò)的輸入層和隱含層，然后進(jìn)入一層多路半S型人工神經(jīng)元29網(wǎng)絡(luò)的輸出層，再經(jīng)過多路線性放大單元30所組成。
全文摘要
本發(fā)明的光電混合角度判別方法和裝置，是運(yùn)用光信息處理與人工電子神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)提供了一種有效的非接觸實(shí)時(shí)角度判定方法和硬件。目標(biāo)經(jīng)圖象輸入1、CCD攝像機(jī)2、高亮度陰極射線成象器3，再經(jīng)相干光相關(guān)處理4，實(shí)時(shí)提供成象目標(biāo)，然后經(jīng)相關(guān)峰值輸出5，由多路電子人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)6進(jìn)行角度判別。當(dāng)神經(jīng)元個(gè)數(shù)增加到40個(gè)以上時(shí)，其角度判別精度可提高到10-3。
文檔編號(hào)G01B21/22GK1052187SQ9010294
公開日1991年6月12日 申請(qǐng)日期1990年9月28日 優(yōu)先權(quán)日1990年9月28日
發(fā)明者王汝笠, 章明 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所