Поиск, распознание и кодирование информации

Большой интерес представляет возможность использования принципов голографии для создания специальных вычислительных устройств, в которых проводятся те или иные математические операции над информацией, записанной в виде голограммы.

Наибольшее внимание среди них уделяется созданию устройств для поиска заданной информации и опознавания образов. Под термином опознавание имеется в виду сравнение изображений двух объектов и установление корреляции (соответствия) между ними. Такие устройства могут применяться во многих областях науки и техники: для автоматического чтения информации, для классификации различных объектов, для дешифровки весьма сложных изображений и т. д.

Возможность опознавания образов основана на свойстве голограмм восстанавливать изображение объекта только в том случае, если считывающий пучок света совпадает по форме с опорным лучом, использовавшимся при съемке. Пусть, например, имеется голограмма, на которой записана интерференция между светом точечного источника и светом, прошедшим через транспарант с буквой Т (рис. 25). Если затем голограмму освещать светом, проходящим через транспарант, на котором записаны разные буквы, то только в случае той же буквы Т мы увидим изображение яркой точки. Указанная выше голограмма является своеобразным фильтром, с помощью которого можно, например, установить наличие буквы Т в каком-либо сложном тексте и быстро определить число этих букв.

Для изготовления голограммы-фильтра обычно используется голография Фурье; фильтр затем используется для опознавания информации. Опознавание буквы Т в рассматриваемом примере происходит в результате фильтрации всей информации, не относящейся к данной букве. При наличии буквы Т в исследуемом тексте возникает изображение яркой точки, соответствующее изображению первого порядка.

Описанный выше способ недавно применен для опознавания отпечатков пальцев. Для одного из восьми весьма сходных отпечатков был изготовлен голографический фильтр, с помощью которого производилось опознавание в рассмотренной выше установке. Фотографические копии всех отпечатков последовательно вводились в схему и наблюдалось изображение в плоскости опознавания. Оказалось, что яркая точка возникала лишь в одном случае, что говорит о высокой избирательности данного метода. Важно отметить, что достаточно уверенное опознавание происходит и в том случае, когда имеется лишь часть отпечатка. Например при наличии лишь половины отпечатка яркость изображения точки уменьшается лишь 10%.

Экспериментально установлено, что опознавание естественных объектов сложной формы (например, отпечатки пальцев) происходит более надежно, чем знаков, букв или простых фигур. Например, для таких простых объектов, как буквы, опознавание с помощью голографии Фурье связано с большими трудностями. В частности, возможны ошибки при опознавании сходных букв (О и С, П и Е и др).

Рис. 25

Были проведены также эксперименты по распознаванию букв с помощью френелевских голограмм-фильтров. Такая голограмма просвечивалась плоской волной, и в плоскости, где должно быть действительное изображение, последовательно помещались различные буквы. Проходящий свет фокусировался затем с помощью линзы на фотоэлемент. В приводимой ниже таблице представлена величина сигналов для случая, когда на голограмме была записана буква И.

Из таблицы видно, что опознавание букв происходит достаточно надежно. Однако чувствительность системы к смещению и повороту объектов слишком велика, что ограничивает возможность опознавания для случая букв, напечатанных одинаковым шрифтом. Надо отметить, что исследование голографических методов опознавания информации находится в начальной стадии и пока трудно делать какие-либо окончательные оценки степени полезности этих методов.

С применением голографии для распознавания образов тесно связана использование ее для кодирования информации. Действительно, если опорный луч при съемке голограммы имеет сложную форму волнового фронта, создавшую с помощью специальной "маски", установленной в канале опорного луча, то для восстановления изображения необходимо иметь точную копию этой маски. Так как форма маски может быть сложной, то подобрать ее практически невозможно. Это хорошо подтверждается экспериментально. В схеме, показанной на рис. 16, в канале опорного луча устанавливалось диффузное стекло. Объектом служил транспарант в виде телевизионной таблицы. После получения голограммы канал сигнального луча отключался и наблюдалось восстановленное изображение. При замене диффузного стёкла в канале опорного луча другими экземплярами таких же стекол, не отличающимися по внешнему виду друг от друга, изображение полностью пропадало и восстановить его не удавалось.

Чрезвычайно высокая степень кодирования связана с тем, что опорный луч, прошедший через диффузное стекло, превращается в протяженный (не точечный) источник, который можно рассматривать как набор большого числа когерентных точечных излучателей, имеющих определенное соотношение амплитуд и фаз. Для восстановления изображения при просвечивании голограммы необходимо создать ту же самую комбинацию точечных источников. Поэтому мало вероятно ожидать, чтобы различные экземпляры диффузных рассеивателей были идентичны в указанном.