Многопорядковые оптические пространственные вихревые фильтры для одновременного выделения контуров различных частей объекта

Многопорядковые оптические пространственные вихревые фильтры для одновременного выделения контуров различных частей объекта

Автор: Хонина С.Н., Порфирьев А.П., Хорин П.А., Дзюба А.П., Серафимович Д.П., Скиданов Р.В.

Журнал: Компьютерная оптика @computer-optics

Рубрика: Дифракционная оптика, оптические технологии

Статья в выпуске: 4 т.48, 2024 года.

Бесплатный доступ

Проведено исследование преобразования анализируемого объекта набором из нескольких пространственных фильтров, включая полосовые, дифференциальные, радиальные и вихревые различных типов, а также фильтры Гильберта. Численно продемонстрированы преимущества и недостатки различных фильтров по четкости, инвариантности направления выделения краев, а также энергетической эффективности. На основе полученных результатов разработаны многопорядковые оптические пространственные вихревые фильтры для одновременного выделения контуров различных частей объекта. При этом показано, что многопорядковый фильтр позволяет в одной плоскости формировать набор картин с чётко выделенным полным контуром, углами объекта и различными частями контура. Проведена численная и экспериментальная апробация 4- и 5-канальных пространственных вихревых фильтров различных типов на тестовых объектах. Показана возможность использования предложенных фильтров для одновременного выделения краёв всего изображения и различных частей изображения с целью извлечения большего числа особенностей из анализируемого изображения.

Еще

Пространственная фильтрация, выделение краёв, многопорядковые оптические фильтры

Короткий адрес: https://sciup.org/140308601

IDR: 140308601   |   DOI: 10.18287/2412-6179-co-1497

Список литературы Многопорядковые оптические пространственные вихревые фильтры для одновременного выделения контуров различных частей объекта

  • Gillespie WA. Optical information processing. Phys Educ 1999; 127(3): 29. DOI: 10.1088/0031-9120/29/3/003.
  • Goswami D. Optical computing. Resonance 2003; 8(6): 56-71. DOI: 10.1007/BF02837869.
  • Ambs P. Optical computing: A 60-year adventure. Adv Opt Technol 2010; 2010: 372652. DOI: 10.1155/2010/372652.
  • Minzioni P, Lacava C, Tanabe T, et al. Roadmap on all-optical processing. J Opt 2019; 21(6): 063001. DOI: 10.1088/2040-8986/ab0e66.
  • Kazanskiy NL, Butt MA, Khonina SN. Optical computing: Status and perspectives. Nanomaterials 2022; 12(13): 2171. DOI: 10.3390/nano12132171.
  • Weaver CS, Goodman JW. A technique for optically convolving two functions. Appl Opt 1966; 5(7): 1248-1249. DOI: 10.1364/AO.5.001248.
  • Kasana RS, Bhatnagar GP, Dubey MC. A review of mathematical operations by optical data processing. IEE-IERE Proc India 1975; 13(4): 134-144. DOI: 10.1049/iipi.1975.0034.
  • Javidi B, Hornder JL. Real-time optical information processing. Boston: Academic Press; 1994.
  • Goodman JW. 4 decades of optical information processing. Opt Photonics News 1991; 2(2): 11-15. DOI: 10.1364/OPN.2.2.000011.
  • Heanue JF, Bashaw MC, Hesselink L. Volume holographic storage and retrieval of digital data. Science 1994; 265(5173): 749-752. DOI: 10.1126/science.265.5173.74.
  • Goodman J. Introduction to Fourier optics. San Francisco, CA: McGraw Hill; 1968.
  • Bracewell RB. The Fourier transform and its application. McGraw Hill; 1965.
  • Stark H. Applications of optical Fourier transforms. Elsevier; 2012.
  • Zernike F. How I discovered phase contrast. Science 1955; 121(3141): 345-349. DOI: 10.1126/science.121.3141.345.
  • Casasent D, Furman A. Determining optimal matched filter parameters. Appl Opt 1976; 15(7): 1690-1691. DOI: 10.1364/AO.15.001690.
  • Yu FTS, Gregory DA. Optical pattern recognition: architectures and techniques. Proc IEEE 1996; 84(5): 733-752. DOI: 10.1109/5.488743.
  • Glückstad J, Mogensen PC, Eriksen RL. The generalized phase contrast method and its applications. DOPSNYT 2001; 1: 49-54.
  • Juday R. Correlation filter basics. In Book: Vijaya Kumar BVK, Mahalanobis A, Juday RD. Correlation pattern recognition. Ch 5. Cambridge University Press; 2005: 130-195. DOI: 10.1017/cbo9780511541087.006.
  • Yelleswarapu CS, Kothapalli S-R, Rao DVGLN. Optical Fourier techniques for medical image processing and phase contrast imaging. Opt Commun 2008; 281(7): 1876-1888. DOI: 10.1016/j.optcom.2007.05.072.
  • Schausberger SE, Heise B, Maurer C, Bernet S, Ritsch-Marte M, Stifter D. Flexible contrast for low-coherence interference microscopy by Fourier-plane filtering with a SLM. Opt Lett 2010; 35(24): 4154-4156. DOI: 10.1364/OL.35.004154.
  • Maurer C, Jesacher A, Bernet S, Ritsch-Marte M. What spatial light modulator can do for optical microscopy. Laser Photon Rev 2011; 5(1): 81-101. DOI: 10.1002/lpor.200900047.
  • Zheng GA, Horstmeyer R, Yang CH. Wide-field, high-resolution Fourier ptychographic microscopy. Nat Photon 2013; 7(9): 739-745. DOI: 10.1038/nphoton.2013.187.
  • Xiong Y, He A, Quan C. Cryptanalysis of an optical cryptosystem based on phase-truncated Fourier transform and nonlinear operations. Opt Commun 2018; 428: 120-130. DOI: 10.1016/j.optcom.2018.07.058.
  • Zhu X, Yao H, Yu J, Gbur G, Wang F, Chen Y, Cai Y-j. Inverse design of a spatial filter in edge enhanced imaging. Opt Lett 2020; 45(9): 2542-2545. DOI: 10.1364/OL.391429.
  • Kato H, Goodman JW. Nonlinear filtering in coherent optical systems through halftone screen processes. Appl Opt 1975; 14(8): 1813-1824. DOI: 10.1364/AO.14.001813.
  • Babkina TM, Voloshinov VB. A new method of acousto-optic image processing and edge enhancement. J Opt A: Pure Appl Opt 2001; 3(4): S54. DOI: 10.1088/1464-4258/3/4/359.
  • Popescu G, Deflores LP, Vaughan JC, Badizadegan K, Iwai H, Dasari RR, Feld MS. Fourier phase microscopy for investigation of biological structures and dynamics. Opt Lett 2004; 29(11): 2503-2505. DOI: 10.1364/OL.29.002503.
  • Khonina SN, Kotlyar VV, Shinkaryev MV, Soifer VA, Uspleniev GV. The phase rotor filter. J Mod Opt 1992; 39(5): 1147-1154. DOI: 10.1080/09500349214551151.
  • Hahn SL. Hilbert transforms in signal processing. Boston, London: Artech House; 1996.
  • Davis JA, McNamara DE, Cottrell DM, Campos J. Image processing with the radial Hilbert transform: Theory and experiments. Opt Lett 2000; 25(2): 99-101. DOI: 10.1364/OL.25.000099.
  • Guo C-S, Han Y-J, Xu J-B, Ding J. Radial Hilbert transform with Laguerre-Gaussian spatial filters. Opt Lett 2006; 31(10): 1394-1396. DOI: 10.1364/OL.31.001394.
  • Jesacher A, Furhapter S, Bernet S, Ritsch-Marte M. Shadow effects in spiral phase contrast microscopy. Phys Rev Lett 2005; 94(23): 233902. DOI: 10.1103/PhysRevLett.94.233902.
  • Maurer C, Bernetand S, Ritsch-Marte M. Refining common path interferometry with a spiral phase Fourier filter. J Opt A: Pure Appl Opt 2009; 11(9): 094023. DOI: 10.1088/1464-4258/11/9/094023.
  • Ananin MA, Khonina SN. Modelling of optical processing of images with use of the vortical spatial filter. Computer Optics 2009; 33(4): 466-472.
  • Davis JA, Smith DA, McNamara DE, Cottrell DM, Campos J. Fractional derivatives – analysis and experimental implementation. Appl Opt 2001; 40(32): 5943-5948. DOI: 10.1364/AO.40.005943.
  • Wang J, Zhang W, Qi Q, Zheng S, Chen L. Gradual edge enhancement in spiral phase contrast imaging with fractional vortex filters. Sci Rep 2015; 5: 15826. DOI: 10.1038/srep15826.
  • Situ G, Pedrini G, Osten W. Spiral phase filtering and orientation-selective edge detection/enhancement. J Opt Soc Am A 2009; 26(8): 1788-1797. DOI: 10.1364/JOSAA.26.001788.
  • Sharma MK, Joseph J, Senthilkumaran P. Selective edge enhancement using anisotropic vortex filter. Appl Opt 2011; 50(27): 5279-5286. DOI: 10.1364/AO.50.005279.
  • Sharma MK, Joseph J, Senthilkumaran P. Selective edge enhancement using shifted anisotropic vortex filter. J Opt 2013; 42: 1-7. DOI: 10.1007/s12596-012-0089-6.
  • Khonina SN, Porfirev AP. Generation of multi-contour plane curves using vortex beams. Optik 2021; 229: 166299. DOI: 10.1016/j.ijleo.2021.166299.
  • Kazanskiy NL, Khonina SN, Karpeev SV, Porfirev AP. Diffractive optical elements for multiplexing structured laser beams. Quantum Electron 2020; 50(7): 629-635. DOI: 10.1070/QEL17276.
  • Kotlyar VV, Kovalev AA, Porfirev AP. Asymmetric Gaussian optical vortex. Opt Lett 2017; 42(1): 139-142. DOI: 10.1364/OL.42.000139.
  • Khonina SN, Ustinov AV. Focusing of shifted vortex beams of arbitrary order with different polarization. Opt Commun 2018; 426: 359-365. DOI: 10.1016/j.optcom.2018.05.070.
  • Vickers J, Burch M, Vyas R, Singh S. Phase and interference properties of optical vortex beams. J Opt Soc Am A 2008; 25(3): 823-827. DOI: 10.1364/JOSAA.25.000823.
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp