Устройство для пространственного корреляционного анализа изображений

Устройство для пространственного корреляционного анализа изображений

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к оптической обработке информации, а именно к корреляторам пространственных сигналов и изображений, и может быть использовано для распознавания образов в реальном масштабе времени. Целью изобретения является повышение надежности устройства при увеличении точности распознавания образов. Устройство содержит двухчастотный лазер, выход которого через формирователь световых пучков оптически связан соответственно с первым и вторым транспарантами изображений, оптически соединенными соответственно с первым и вторым Фурье-объективами. В совмещенных между собой выходных фокальных плоскостях Фурье-объективов находится нелинейная среда, имеющая высокий квантовый выход люминесценции при поглощении из возбужденного состояния. Повышение надежности достигается за счет увеличения отношения сигнал/шум в корреляционном сигнале (излучение люминесценции), что связано со спектральной селекцией последнего. Увеличение точности распознавания связано с расширением полосы пространственных частот в образах, поскольку интенсивность люминесценции не зависит от направления падения на нелинейную среду возбуждающего и поглощаемого световых пучков. 1 ил.

45 (а,+ .}Ьс К+

Ът я

h — постоянная Планка.

Вещество обладает высоким квантовым выходом люминесценции при погло- SO щении из возбужденного состояния, т.е,. значительная часть повторно возбужденных молекул возвращается в ос- новное состояние. При этом интенсивность люминесценции пропорциональна 55 степени совпадения пространственных спектров сравниваеыж образов. Излу= чение с длиной волны 3, проходит через светофильтр 7 (который не пронус-, ) Ът. % h +h

3 15099 регистратор 6, снабженный светофильтром 1. Формирователь 2 световых пучков вкпючает. в себя спектральный делитель 8 светового пучка и зеркала 9.

Устройство р або тает следующим образом.

Излучение двухступенчатого лазера

1 поступает в формирователь 2, где сначала преобразуется в параллельный двухчастотный (1,, 1 ) световой пучок, затем разделяется спектральным делителем 8 на два одночастотных пучка, которые направляются зеркалами 9 на входы соответствующих транспарантов 3 изображений h, = с/9 Я

= с/)<, где h, и ф — длины волн из лучение лазера, e — скорость света.

Первая и вторая Фурье-линзы 4 форми1зуют пространственные распределения 20 интенсивности света, соответствующие пространственным энергетическим спектрам первого и второго транспарантов

3, в объеме нелинейной среды 5.

Молекулы вещества нелинейной среды 5 под действием излучения с длиной волны h, переходят в первое возбужденное состояние. При совпадении пространственных спектров в те участки, где молекулы находятся в возбуж- 30 денном состоянии, попадает излучение с длиной волны Я., которое переводит молекулы во второе возбужденное. состояние. При этом молекула нелинейного вещества поглощает два кванта света с длинами волн h и h . Затем в результате безизлучательных переходов за счет электронно"колебательной релаксации происходит потеря энергии

ДЕ и молекула переходит в основное 40 состояние, излучая квант света с длиной волны

%т Ag

:ф = — — -- -dh — +,1 ст т

54 4 кает излучение с длинами волн )1, и

+) и попадает в фоторегистратор 6, измеряющий величину корреляционного сигнала.

В примере конкретной реализации устройству двухчастотным лазером 1 является одномодовый лазер на алюмоиттриевом гранате с неодимомт а не-. линейной средой 5 - краситель родамин 6Ж. Излучение лазера (длина волны 1,064 мкм, энергия в импульсе до

50 мДж, расходимость л l мрад) преобразовывалось с эффективностью до

40% в излучение второй гармоники с помощью термостабилизированного преобразователя типа ИЧ-105. Используемый в качестве нелинейного вещества

5 этанольный раствор красителя родамина 6Ж интенсивно поглощает излучение второй гармоники с длиной волны

532 нм. При этом большинство молекул красителя переходит в долгоживующее

-4 (l0 с) триплетное состояние. Молекулы, находящиеся в триплетном состоянии, поглощают излучение с длиной волны 1,064 мкм, переходят в новое возбужденное состояние, из которого возвращаются в основное состояние с испусканием квантов света с ддинами волн в диапазоне 380-.420 нм.

Излучение люминесценции, интенсивность которого пропорциональна степени совпадения пространственных спектров сравниваемых образов, проходило через светофильтр 7 из стекла

УФС-б в узел фоторегистрации 6, состоящий из собирающей кварцевой линзы и фотоприемника с осциллографом.

Повышение надежности распознава" ния образов обусловлено спектральной селекцией корреляционного сигнала..

Шумы рассеяния в нелинейной среде .от исходных световых пучков режектируются светофильтром 7. При вырожденном четырехволновом взаимодействии корреляционный сигнал смешан с интенсивными шумами рассеяния. В конкретной реализации коррелятора с спектральной селекцией отношение сигнал/шум примерно на порядок выше, чем в кор« реляторе на вырожденном четырехволновом взаимодействии .без спектраль- ной фильтрации.

Точность сравнения образов увели-. чена за счет уменьшения деградации корреляционного сигнала с ростом пространственной частоты в распознавае1509954 6 ный с входом формирователя световых пучков, первый и второй выходы которого оптически связаны с входами со— ответственно первого и второго транспарантов изображений, выходы которых оптически связаны. с входами соответственно первого и второго Фурье-. объективов, нелинейную среду, вход которой находится в совмещенных между собой выходных фокальных плоскостях первого и второго Фурье-объективов, а выход нелинейной среды оптически связан с фоторегистратором, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежностч при увеличении точности распознавания образов, лазер выполнен двухчастотным, первая и вторая частоты излучения которого находятся в полосе поглощения нелинейной среды соответственно в основном и возбужденном состояниях, нели— нейная среда выполнена иэ вещества с высоким квантовым выходом люминесценции, фоторегистратор снабжен светофильтром, в полосе пропускания которого находятся частоты люминесценции нелинейной среды, а в полосе режекции светофильтра — частоты излучения лазера. мом образе (ростом угла дифракции светового пучка на транспаранте 3 изображения1 . Это связано с тем,что интенсивно сть люминесценции нелиней5 ной среды, поглощающей в возбужденном состоянии, не зависит от направления падения поглощаемого и возбуждающего световых пучков, т.е. не зависит от угла, под которым пересекаются эти 1О пучки в объеме нелинейной среды. Величина корреляционного сигнала начиГ нае т падать толь ко при т а к их угл ах пересечения, для которых сказывается геометрическое уменьшение рабочего 15 объема нелинейной среды. Для типичных значений толщины h слоя нелинейной среды и поперечного сечения а световых пучков (h О, 2 мм; а = 0,02 мм) объем зоны взаимодействия 20 уменьшается в два раза для углов дифракции около 100 мрад, величина которого дает теоретическую оценку высшей пространственной частоты в рас:познаваемом образе. 25

Формула изобретения

Устройство для пространственного корреляционного анализа иэображений, содержащее лазер, оптически связан-

9 I

Т!

1 б

Составитель В.Ежов

Редактор И.Бланар Техред Д,Сердюкова Корректор,М.Васильева

I Заказ 5816/49 Тираж 668 Подписное

РЧИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.Ужгород, ул. Гагарина,101