Устройство для преобразования изображения

Устройство для преобразования изображения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

УСТРОЙСТВО ДНЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ, содержащее источник входного изображения, установленный в передней фокальной плоскости коллиматора , выход которого оптически свя .зан с входом светоделителя, первый выход которого через последовательно I установленные первый зрачковьй транспарант и первую фокусирующую линзу связан с входом первого матричного фотопреобразователя, а второй выход светоделителя через последовательно установленные второй зрачковый транспарант и вторую фокусирующую линзу . с входом второго матричного фотопреобразователя , выходы первого и второго матричных фотопреобразователей через соответствующие первый и второй видеоусилители соединены соответственно с первым и вторым входами блока вычитания, который выходом соединен с входом выходного видеоконтроль .ного блока, отличающееся § тем, что, с целью повьшения точности устройства, в него введен селективный (Л светофильтр, установленный между коллиматором и входом светоделителя, а первый и второй зрачковые транспа--ранты вьшолнены в виде корректирующих фазовых пластин с переменной оптической толщиной в радиальном направлении .

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПжЛИК,SU„„1124 45 А

3() G 06 G 9 00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3579253/24-24 (22) 15.04.83 (46) 15.11.84. Бюл. к- 42 (72) А.Н.Королев и И.В.Смирнов (53) 681.333(088.8) (56) 1. Патент США Ф 3665097, кл. 178-6, опублик. 1972. парант и первую фокусирующую линзу связан с входом первого матричного фотопреобразователя, а второй выход светоделителя через последовательно установленные второй зрачковый транспарант и вторую фокусирующую линзу— с входом второго матричного фотопреобразователя, выходы первого и второго матричных фотопреобразователей через соответствующие первый и второй видеоусилители соединены соответст- . венно с первым.и вторым входами блока вычитания, который выходом соединен с входом выходного видеоконтрольного блока, отличающееся тем, что, с целью повьппения точности Е устройства, в него введен селективный у светофильтр, установленный между кол- 414 пиматором и входом светоделителя, а первый и второй зрачковые транспа-ранты выполнены в виде корректирую- Я . щих фазовых пластин с переменной оптической толщиной в радиальном направлении.

2. Gorlitz D. and Lanzl F. An

optical/opto-electronical hybrid sistem for non-coherent filtering of

images. International Conference on

Optical Computing in Research and

Development, Visegrad, 1977, р. 93,,фиг.9 (прототип).

r (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ, содержащее источник входного изображения, установленный в передней фокальной плоскости коллиматора, выход которого оптически связан С входом светоделителя, первый выход которого через последовательно установленные первый зрачковый трансЮ

1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ н ато сномм свидетельству

1124345

Изобретение относится к автомати- ке, а именно к устройствам оптической обработки информации, и может быть использовано для преооразования,, коррекции и улучшения качества изображений *ак в системах обработки видеоинформации, так и в системах передачи изображений по каналам. связи.

Известно устройство для преобра- 10 зования изображения, содержащее первый и второй транспаранты, содержание которых сравнивается (например, как при коррелированной, перекрестной и согласованной фильтрации) пу- 15 тем сложения светового потока, проходящего через первый транспарант, со световым потоком, прошедшим через второй транспарант,.и циклического смещения по фазе между этими лучами с помощью мбдулятора, и далее фильтруется и подается на счетно-решающич блок (1 ).

Недостатком этого устройства является низкая точность преобразования и ограниченные функциональные возможности.

Наиболее близким к данному изобретению является устройство для пре30 образования изображений, содержащее оптический проецирующий элемент, светоделитель, на выходе которого установлены два фокусирующих элемента, снабженные зрачковыми транспарантами, и два телевизионных датчика, каж-З5 дый из которых подключен к своему усилителю видеосигнала, выходы усилителей подключены к блоку вычитания, а выходной сигнал поступает на видеоконтрольный блок. Зрачковые транспа- 40 ранты выполнены в виде диафрагм f23

Однако такое устройство характеризуется недостаточной точностью. выполнения преобразований.

Цель изобретения — повышение точ" 45 ности устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для преобразования изображения, содержащее источник входного иэображения, установленный 50 в передней фокальной плоскости коллиматора, выход которого оптически связан с входом светоделителя, первый выход которого через последовательно установленные первый зрачковый транспарант и первую фокусирующую линзу связан с входом первого матрич." ного фотопреобразователя, а второй выход светоделителя через последовательно установленные второй зрачковый транспарант и вторую фокусирующую линзу — с входом второго матричного фотопреобразователя, выходы первого и второго матричных фотопреобразователей через соответствующие первый и второй видеоусилители соединены соответственно с первым и вторым входами блока вычитания, который выходом соединен с входом выходного видеоконтрольного б ока, введен селективный светофильтр, установленный между коллиматором и входом светодегчтеля, а первый и второй зрачковые транспаранты выполнены в виде корректирующих фазовых пластин с переменной оптической толщиной в радиальном направлении.

На фиг.1 представлена блок-схема устройства для преобразования изображения; на фиг.2 — типичная частотная характеристика фильтрации; на фиг.3 — радиальные сечения профиля первого Т+(Г) и второго Т-(r) зрачковых транспарантов.

Устройство содержит источник 1 входного изображения, расположенный в передней фокальной плоскости коллиматора 2, селективный светофильтр 3, светоделитель 4, первый 5 и второй 6 зрачковые транспаранты, первую 7 и вторую 8 фокусирующие линзы, первый

9 и второй 10 матричные фотопреобразователи, первый 11 и второй 12 видеоусилители, блок вычитания 13, первый вход которого неинвертирующий, а второй — инвертирующий, и выходной видеоконтрольный блок 14.

Возможности выполнения пространственной фильтрации в некогерентных оптических системах ограничиваются тем, что импульсный отклик или функция рассеяния точки (ФРТ) таких систем является положительной функцией.

Частотная характеристика фильтрации соответствует оптической передаточной функции (ОПФ), которая определяется как функция автокорреляции входного зрачка. Как и всякая автокорреляционная функция, ОПФ имеет максимум на нулевой частоте, а ее значение на любой частоте, не равной нулю, меньше этой максимальной величины.

В то же время для выполнения широкого класса задач обработки изображений представляет интерес реализация частотных характеристик общего вида, з 1124 имеющих двухполярный импульсный отклик и позволяющих получать такие линейные преобразования, как обратная свертка, полосовая фильтрация, дифференцирование и прочее. 5

Общий подход к задаче синтеза частотных характеристик общего вида в некогерентной системе предусматривает выполнение свертки входного иэображения с двумя положительными 10 импульсными откликами и вычитания полученных изображений. Укаэанные импульсные отклики представляют собой реализацию отдельно положительной и отрицательной (по модулю) части 5 биполярного импульсного отклика, соответствующего частотной характеристике преобразования.

Таким образом, задача сводится к получению импульсных откликов с заданными характеристиками в виде ФРТ некогерентной оптической системы.

При этом, результат вычитания изображений адекватен свертке входного изображения с биополярным импульсным 25 откликом.

Устройство работает следующим образом.

Излучение от источника 1 входного изображения, .расположенного в передней фокальной плоскости коллиматора .2, проходит через селективный светофильтр 3 и попадает на светоделитель

4. После светоделителя 4 проходящее излучение с помощью первого 5 зрачкового транспаранта и первой 7 фокусирующей линзы формируется в изобра-. жение на входе первого 9 матричного фотопреобразователя, а отраженное излучение через второй 6 зрачковый 40 транспарант, вторую фокусирующую линзу создает -изображение на входе второго 10 матричного фотопреобразователя.

Видеосигналы с выходов фотопреоб- 45 разователей 9 и 10 поступают на входы усилителей 11 и 12 соответственно, а с их выходов — на неинвертирующий и инвертирующий входы блока вычитания 13. Выходной сигнал блока вычита-50 ния 13 направляется. в видеоконтроль-. ный блок 14, в котором формируется результирующее изображение.

Входные изображения могут быть представлены в виде фотоизображений 55 на пленке или фотобумаге, а также в виде самосветящихся изображений, например, на экране электроннолучевой

345 трубки. При использовании реальных сцен в виде удаленных объектов проецирующий элемент — коллиматор 2— может отсутствовать. В качестве матричных фотопреобразователей 9 и 10 возможно использование, например, видиконов или их твердотельнык аналогов ПЗС-матриц.

Использование в устройстве зрачковых транспарантов 5 и 6, выполненных в виде корректирующих пластин с переменной оптической толщиной (фиг.3) позволяет реализовать с высокой точностью широкий класс характеристик преобразования. В связи с тем, что такие фазовые транспаранты 5 и 6 не обладают ахроматизмом, необходимо ограничение спектрального диапазона, которое выполняется селективным светофильтром 3.

С помощью предлагаемого устройстsa выполняются преобразования изображений на основе методов линейной фильтрации. Наиболее общим случаем является преобразование с частотной характеристикой вида, которая обеспечивает усиление высоких и подавление низких частот .(фиг.2). Импульсный отклик, связанный с частотной характеристикой преобразованием Фурье, является в этом случае двуполярным.

Устройство выполняет преобразова ние посредством свертки изображения с двуполярным импульсным откликом.

При этом в одном канале, где установлен первый 5 транспарант Т+(г), производится свертка положительной частью импульсного отклика, а в другом канале, где установлен второй 6 транспарант Т-(r), осуществляется свертка с модулем его отрицательной части. Ядром преобразования в каждом

° ° анале является функция рассеяния, определяемая совокупностью характеристик зрачковык транспарантов 5 и 6 и фокусирующих линз 7 и 8 соответственно. Разность функций рассеяния обоих каналов соответствует импульсному отклику.

Расчет распределения фазы или иначе оптической толщины зрачковых транспарантов 5 и 6 сводится к расчету деформации волнового фронта, которая дает необходимую функцию рассеяния, На фиг.2 приведена типичная частотная характеристика фильтрации изображения, которая реализуется устройством. Ось ординат соответству5 1124345 б ет коэффициенту передачи К на прост- В результате реализации обоих каранственных частотах М в мм" . налов данного устройства была получеНа фиг.3, в соответствии с приве- на результирующая частотная характе денной частотной характеристикой, да- ристика, соответствующая рассчетному ны радиальные. сечения профиля эрачко- .5 профилю зрачковых транспарантов 5 и вых транспарантов 5 и 6 Т+() и Т-(r) 6, спектральному диапазону, опредеобоих каналов устройства, где г- ра- ляемому светофильтром 3, и параметрам диус зрачкового транспаранта, мм, Т - фокусирующих линз 7 и 8. В результатолщина профиля пластин, мкм. . те получено, что реальная частотная зависимость достаточно точно отражаПо специально разработанной прог- ет ход требуемой характеристики рамме быпи рассчитаны фазовые харак- (фиг.2). теристики. зрачковых транспарантов 5 и Таким образом, предлагаемое уст-.

6, соответствующие заданной частотной ройство позволяет повысить точность характеристике (фиг.2) и используемые 1 при реализации требуемой частотной совместно с линзами 7 и 8, причем характеристики фильтрации по сравнерасчет сделан с учетом отсутствия нию с приближенным характером фильт.аберраций. рации в прототипе.

1124345

Х 10 1J 20 25 У

Фиъ. Л ра3цус дрочкобого трансиаранта

Составитель Ю.Козлов .Редактор С.Тимохина Техред М.Кузьма Корректор А.Обручар

Заказ 8284/40 . Тирах 698 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР йо делам изобретений и.открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Филиал ППП "Патент", г,ужгород, ул.Проектная, 4

И Ф0 60 ® 100 Гкм 1

Фи. 2 Прсстрансвденная частота