Способ отображения однотипной информации с фазового транспоранта

Способ отображения однотипной информации с фазового транспоранта

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике. Целью изобретения является увеличение контрастности отображаемой однотипной информации. Поставленная цель достигается тем, что в способе, основанном на пространственной модуляции оптического сигнала фазовым транспарантом с однотипной информацией, Фурье-преобразовании результатирующего оптического сигнала в пространственный спектр элементарных оптических сигналов, изменении начального значения фазы элементарного оптического сигнала нулевой пространственной частоты на величиную равную сумме четверти длины волны оптического сигнала и половине изменения оптической толщины во фрагменте записи однотипной информации, и обратном Фурье-преобразовании пространственного спектра элементарных оптических сигналов, после изменения фазы элементарного оптического сигнала нулевой пространственной частоты определяют фазы элементарных оптических сигналов, кроме сигнала нулевой пространственной частоты, и изменяют фазы каждого из элементарных оптических сигналов, кроме сигнала нулевой пространственной частоты, на величину, равную разности между фазой, соответствующей сумме четверти длины волны оптического сигнала и половине изменения оптической толщины во фрагменте записи однотипной информации, и начальной фазой соответствующего элементарного оптического сигнала, кроме сигнала нулевой пространственной частоты. Таким образом, за счет изменения начальной фазы элементарных оптических сигналов ненулевых пространственных частот достигается увеличение контрастности отображаемой информации. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИХ

PECflVSfIHH

ggI)g G 06 K 15j12

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ HOMHTET

flQ ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ П НТ СССР (21) 4363283/24-24 (22) 13,01 88 (46) 15.05.90. Бюл, N - 18 (72) С,Л.Одинцов, О.В.Рбжков и И.В.Петрушко (53) 681.327(088.8) (56) Сороко Л.М, Гильберт-оптика.

М.: Наука, 1981, с. 36-38, Авторское свидетельство СССР

N - 1072074, кл. G 06 К 15/12, 1984. (54) СПОСОБ ОТОБРАЖЕНИЯ ОДНОТИПНОЙ

ИНФОРМАЦИИ С ФАЗОВОГО TPAHCIIAPAHTA (57) Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, Целью изобретения является увеличение контрастности отображаемой однотипной информации. Поставленная цель достигается тем, что в способе, основанном на пространственной модуляции оптического сигнала фазовым транспарантом с однотипной информацией, Фурье-преобразовании результирующего оптического сигнала в пространственный спектр элементарных оптических сигналов, изменении начального значения фазы элементарного оптического сигнала нулевой пространственной частоты на величину, равную сумИзобретение относится к области автоматики и вычислительной техники, а именно к .способам отображения однотипной информации с фазового транспаранта.

Целью изобретения является увеличение контрастности отображаемой однотипной информации.

-80 1Ы46И A

2 ме четверти длины волны сптичес.- эго сигнала и половине изменения оптической толщины во фрагмента записи однотипной информации, и обратном

Фурье-преобразовании пространственного спектра элементарных оптических сигналов, после изменения фазы элементарного оптического сигнала нулевой пространственной частоты определяют -,дазы элементарных опт ческкх сигналов, кроме сигнала нулевой пространственной частоты, и изменяют фаз» каждого из элементарных оптических сигналов, кроме сигнала нуле- вой пространственной частоть:, на величину, равную разности между фа:— зой, соответствующей сумме четверти длины волны оптического сигнала и половине изменения оптической толщины во фрагменте записи однотипной информации, и начальной фазой соответствующего элементарного оптического сигнала, кроме сигнала нулевой пространственной частоты. Таким образом, за счет изменения начальной фазы элементарных оптически сигналов ненулевых прострачственных частот достигается увеличение контрастности отображаемой информац»п . 1 ил.

На чертеже изображена оптическая схема устройства, реализующего предложенный способ отображения однотипной информации с фазового транспа ранта.

Устройство, реализующее предложенный способ, содержит источник квазимонохроматического излучения, 64663 4 где f — фокусное расстояние объекI тива.

Процесс восстановления визуализи-:.ованного изображения фазового транс- паранта может быть описан с исполь -: званием аппарата Фурье-оптики. Для простоты изложения может быть pac l0 смотрен одномерный случай оптической системы с точечным источником.

Комплексный амплитудный коэффициент

:)1 опускания транспаранта с фрагмен. т()м записи задается выражением

t(x)P)((x)+t>(x-х ), (3)

rae t >(x)Pe (x)fexpJl(-l), р () 1 — в области кадрового окна

1 Π— вне области кадрового окна, 1 — в области фрагмента записи

0 — вне области фрагмента записи

x> — координата центра фрагмента

2S записи, t(x) — коэффициент пропускания транспаранта, ограниченного кадровым окном;

t (x) — коэффициент пропускания участка транспаранта в области фрагмента записи со скачком оптической толщины, соответствующим изменению фазы Ч).

Коэффициент пропускания t (x) удобно представить в виде

t>(x)=

rye f tp(x)l =$2(l-coelP)P (х), 40 (о=ф2+ ((/2

В плоскости визуализирующей диафрагмы формируется пространственный спектр элементарных оптических сигналов, описываемый Фурье-спектром транспаранта

$ =M 1„, (=м ",, („) =P/t (x))j =Р „(4» )+ ) где Р— оператор Фурье-преобразования; 50 (1)() — пространственный спектр фрагмента записи, определяемый в свою очередь выражениями

ty(q)l t (0„) 1 exp jV(4„), Р ()()(Р (.) j()(е 1Р ()()

} (9 )(= 2(1-с з() Р („)1, q (4„)ex

-vb(03)+q î (6) Я к ) ехр (-) 2йр, ), (53.

t(9)() t)(4j() P ê„(01() P(4)() Фурье спектры соответственно функций t(x) t (x) Р (х), Р (х) . конденсатор 2, кадровое окно 3 с фазовым транспарантом А,, объектив 5, виэуализирующую диафрагму 6 и экран 74

Диафрагма 6 имеет переменную оптическую толщину. В области нулевого порядка дифракции она изменяется скачком на величину

1а где 1 — изменение оптической толщины визуализирующей диафрагмь1 в области определения нулевого порядка дифракции, ф — длина волны квазимонохроматического источника излучения;

g — изменение оптической толщины в отображаемом фрагменте записи фазового транспаранта.

Такое изменение оптической толщины визуализирующей диафрагмы обеспечивает изменение фазы проходящего оптического сигнала на величину

Чо 2"1-о ф=)(/2+Cp/2, (2) где < — изменение фа ы в отображаемом фрагменте записи, соответствующее изменению оптической толщины Ь.

Вне области нулевого порядка дифракции диафрагма имеет переменную оптическую толщину, соответствующую изменению фазы проходящего оптического излучения на величину (g,4().

При расположении. источника излучения в заднем фокусе конденсора координаты пространственных час 1от (,. (, определяются через пространственные координаты (плоскости визуализирующей диафрагмы с помощью выражений

Пространственный спектр транспаранта преобразуется виэуализирующей диафрагмой с амплитудным коэффициентом пропускания (,(gj(), который внутри светового диаметра диафрагмы, 5 1564663

6 соответствующего максимальной (про- ной частоте Эц, Описывается выраже= пускаемой диафрагмой) пространствен- . кием в

Р /\

exp jq =exp j (g/2+ «/2} . при „0 ехр )р (х)=ехр j(g — g (1х}) при 0< JOE/ вм °

О при / х1

Откуда с учетом выражения (6) следует, что для .фрагмента записи с ïoстоянным изменением оптической толщины фа за,g.(g „) коэффициента::

-. пропуск ания визуализирующей диафрагмы на ненулевых пространственных частотах полностью определяется фазой (1„) пространственного спектра функции Р (х), задающей в соответствии с (3) границу фрагмента записи, ((х) Vy(х) °

Если функция P (х) — четная (что справедливо для большинства видов регулярной фазовой записи), то ее пространственный спектр Р („) является действительным, а. фаза (ф (х) имеет либо нулевое значение (1ри

Р (х) ь 0, либо значение ь при

Р () }(OJ. Однако независимо от вида функции Р (х) описанная визуализирующая диафрагма преобразует пространственный спектр Р (Эх} в действительную функцию в интервале пространственных частот (-)„„4 1.

Одинаковая конфигурация фрагментов при записи однотипной информации на фазовом транспаранте обеспечивает неизменность фазы {1 (1„) элементарных оптических сигналов, в результате чего визуализирующая диафрагма с пропусканием, заданным выражением (7), одинаковым образом преобразует пространственный спектр .фрагментов записи (независимо от их положения в кадровом окне). Практически коэффициент пропускания С(4<) принимает значение exp jg> в некоторой области вблизи нулевого значения пространственной частоты, для которой выполняется соотношение 1 РХ(„) 0> и (х)(.

Поскольку при фрагментарном характере записи размер фрагмента х намного меньше размера кадрового окна х, то пространственный спектр у\

Рх(„), соответствующий кадру беэ записи, сосредоточен вблизи оптической оси () О) в области намного меньшей, чем спектр фрагмента записи

t („) . Поэтому пространственный л сйектр t ()„), трансформированный визуализирующей диафрагмой и равный

" (х) (х) " (х) °. описывается выражением хр j(g +t (i x)exp(32 xx )exp jос(„), 2О

40 где (5 — увеличение между оптически сопряженными плоскостями кадрового окна и экрана, яо, <,>. - f)e> Ce„)l)

Для восприятия информации, записанной в виде однотипных фрагментов (соответствующим, например, линиям или точкам формируемого изображения), важен контраст центральной области изображения этих фрагментов относительно окружающего его фона. Это значение контраста пропорционально откоторое после преобразования с учетом, зависимостей (6) и (7) принимает вид

2 . < х)-етлЧо(Рк(1)+1< (4 )(«p(-32йю

«х)3. " (8) !

Слой свободного пространства между визуализирующей диафрагмой и

3р экраном осуществляет обратное Фурьепреобразование от трансформированного визуализирующей диафрагмой пространственного спектра элементарных оптических сигналов

35 t (-х)=Р ((),)), (9) где t (х } — амплитуда оптического сигнала В плОскости эк рана;

F — оператор обратного Фу-. рье-преобразования.

С учетом соотношения (8) выражение (9) преобразуется к виду

t. (х )=ехр jq,gp„(x p )+t (x /р-x,)j, 45 (10) 1564663 ношению освещенности изображения-s центре фрагмента к освещенности фона и непосредственно задается интенсивностью оптического сигнала в плоскости экрана для координаты х И хо, т.е. о г, величиной ) t (х ) (.В соответствии с соотношениями (3), (8) и . (9) величина t (х ) опре., деляется через трансформированный про-10

, странственный спектр путем его интегрирования в интервале -,1 )преобразуемых частот с (х»)- J e ()»)»()»=ехр j1/» (1+ !5

)m

+ J Ii)(4„)I a»)„).

-4m

Из полученного выражения следует,, что использование диафрагмы с коэффи циентом пропускания, соответствую, щим выражению-(7) и обеспечивающим, осуществление предлагаемого способа отображения информации, позволяет получить оптический сигнал максималь- 25 ной интенсивности. Действительно, при нарушении выражения (7) интегрируемые в уравнении (1 1) элементарные оптические сигналы, соответству, ющие трансформированному пространственному спектру t („), не будут иметь постоянную для всех сигналов, фазу ф,, что приведет к уменьшению ! интенсивности получаемого сигнала, 1 (xx,")I .

Одновременно с увеличением сигнала в центре изображения фрагмента записи происходит (в соответствии с законом сохранения энергии) его уменьшение к краю фрагмента, т.е. сужение фактического изображения фрагмента по сравнению с его геометрическим размером, что для систем отображения информации является дополнительным положительным эффектом.

Так, например, для фрагмента записи с центром в точке х и границами, которые задаются функцией .Р (x)=rect(x/ x), отношение интенсивЪ ности сигнала для центральной облас ти изображения фрагмента ) t (х )1

» интенсивности фоновой области ) t (x )1

=1 в соответствии с зависимостями (6), (11) задается выражением е (с (х, } » /Iс (х )I» +,Д(1 ""

1», -eeet) J ((»} (}»)I 4»»1 (12) где Р (gq)"=Ьх sin((14}(Ьх)/е))(6» °

При условии, что граница визуализирующей диафрагмы совпадает с одним из нулей функции Р,(„), т.е.

=N/1((x где N= 1,2,3,..., при ис-. д пользовании функции интегрального

t синуса sit= ) sin U/UdU выражение (12) о приводится к виду

Н-1

К=(1+2»12 (1-сов»() /2 (2 (-1) Si(»n)+

}) =(М

+(-1) g (2}()J (13)

В тоже время для визуализирующей диафрагмы с ()(, (4 )=0 (прототип) со тветствующее выражение имеет вид и 2 2(1-со )

ll

Использование выражений (13), (14) при q = l(и N=lo приводит соответственно к значениям Е=27, 16 и К.=

=8,76, т.е. предлагаемый способ отображения информации обеспечивает более чем трехкратное увеличение яркости виэуализированного изображения, или при сохранении яркости изображения позволяет более чем в три раза уменьшить мощность источника излучения., Формула из об рет ения

Способ отображения однотипной -информации с фазового транспаранта, основанный на пространственной модуляции оптического, сигнала фазовым транспарантом с однотипной информацией, Фурье-преобразовании результирующего оптического сигнала в прост" ранственный спектр элементарных оп,тических сигналов, изменении начального значения фазй элементарного оптического сигнала нулевой пространственной частоты на величину, равную сумме четверти длины волны оптического сигнала и половины изменения оптической толщины во фрагменте записи однотипной информации, и обратном

Фурье-преобразовании пространственного епектра элементарных оптических сигналов, отличающийся тем, что, с целью увеличения контрастности отображаемой однотипной информации, после изложения фазы элементарного оптического сигнала нулевой пространственной частоты определяют фазы элементарных оптических сигналов, кроме сигнала нулевой простран1564663 10 нения оптической толщины во фрагменте записи однотипной информации, и начальной фазой соответствующего элемей5 тарного оптического сигнала, кроме сигнала нулевой пространственной ча стоты \

9 ственной частоты, и изменяют фазы каждого из элементарных оптических сигналов, кроме сигнала нулевой про" странствеиной частоты, на величину, равную разности между фазой, соответ ствующей сумме четверти длины волны оптического сигнала и половины измеI

Составитель А.Ц,.Морозов

Техред N.Õoäàíè÷

Корректор В.Кабаций

Редактор 0.Спесивых

Заказ1162 Tgpaa 561 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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