Устройство для оптической обработки изображений

Устройство для оптической обработки изображений

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано для обработки изображений, в частности для выполнения операций оконтуривания, пространственно-частотной фильтрации, спектрального анализа и корреляции изображений. Цель изобретения - повышение разрешающей способности в спектре пространственных частот и в выходном изображении. Устройство содержит когерентную осветительную систему 1, входной отражательный пространственный модулятор 10 света с блоком 11 записи входного изображения, выходной регистратор 12 изображения, пространственно-частотный фильтр 8 и зеркало 7 с отражающими сферическими поверхностями. Система 1 содержит компенсатор сферической аберрации зеркала 7 в виде афокального двухлинзового элемента 5. Фильтр 8 содержит визуализирующий элемент в виде оптического клина 9 с наклонной к оптической оси фильтра 8 зеркальной гранью. Клин 9 может быть сформирован внутри слоя жидкого кристалла с помощью электронно-лучевой трубки 14. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1661

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ пО изОБРетениям и ОТКРытиям пРи Гннт сссР (21) 4725464/24 (22) 31. 07. 89 (46) 07. 07. 91. Бюл. к 25 (72) Н.Ф. Ковтонюк, С. Б. Одиноков, О. В. Рожков и Л. Н. Тимашова (53) 681. 325 (088. 8) (56) Адаптивные методы обработки изображений. — M. Наука, 1988, с. 186-221.

Авторское свидетельство СССР

964666, кл. G 06 G 9/00, 1981. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПТИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ИЗОБРИ<ЕНИЙ (57) Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано для обработки изображений, в частности для выполнения операций оконтуривания, пространственно-частотной фильтрации, спектральйого анализа и корреляции изображений. Цель изобретения — повышение (51)5 G 06 E 3/00, G 06 F. 15/66

2 разрешающей способности в спектре пространственных частот и в выходном изображении. Устройство содержит когерентную осветительную систему 1, входной отражательный пространственный модулятор 10 света с блоком 11 записи входного изображения, выходной регистратор 12 изображения, пространственно-частотный фильтр 8 и зеркало 7 с отражающими сферичес.кими поверхностями. Система 1 содержит компенсатор сферической аберрации зеркала 7 в виде афокального двухлинзового элемента 5. Фильтр 8 содержит визуализирующий элемент в виде оптического клина 9 с наклоненной к оптической оси фильтра 8 зеркальной гранью. Клин 9 может быть сформирован внутри слоя жидкого кристалла с помощью электронно-лучевой трубки 14. 3 ил.

h (1 661743

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано для обработки изображений, в частности для выполнения операц .й оконтуривания, пространственно-частотной фильтрации, спектрального анализа и корреляции изображений, Целью изобретения является повышение разрешающей способности в спектре пространственных частот и в

,выходном изображении.

На фиг.1 приведена функциональная оптическая схема предлагаемого устройства для оптической обработки изображений", на фиг.2 — схема расположения оптического клина с зеркальной гранью внутри слоя жидкого кристалла пространственного модулятора света (IIMC), используемого в качестве отражающего пространственночастотного фильтра ; на фиг.3, — схема формирования оптического клина внутри слоя жидкого кристалла ПМС, используемого в качестве отражающего пространственно-частотного фильтра, за счет локальной модуляции показателя преломления жидкого кристалла о линейному закону, I

Устройство для оптической обработки изображений содержит (фиг. 1) когерентную осветительную систему 1, состоящую из лазера с микрообъективом 2,,микродиафрагмы 3, линзы 4, компенсатор сферической аберрации зеркала в виде афокального двухлинзового элемента 5 и двухсклеенного объектива 6, зеркальную оптическую систему, состоящую из зеркала 7 со сферической отражающей поверхностью, пространственно-частотного фильтра со сферической отражающей поверхностью на основе ПМС 8 и визуализирующего элемента в виде оптического клина 9 с наклоненной к оптической оси

ПМС 8 зеркальной гранью, входной отражательный IIMC 10 с блоком 11 записи входного изображения, выходной регистратор 12 иэображения, блок 13 переменного напряжения питания, электронно-лучевую трубку (ЭЛТ) 14 со сферической волоконно-оптической пластиной на выходе, микроЭВМ 15, блок ОЗУ 16 для хранения двумерных пространственно-частотных спектров, блок 17 сопряжения цифровой памяти с ЭЛТ.

t5

Конструкция пространственно-частотного фильтра содержит. (фиг. 2) многослойную структуру, состоящую из слоев токопроводящего зеркала 18, фотополупроводника 19, диэлектрического зеркала 20, жидкого кристалла

21 и прозрачного электрода 22, стеклянную подложку 23 со сферическими поверхностями и волоконнооптическую пластину 24 со сферической внешней поверхностью.

Устройство для оптической обработки изображеяий работает следующим образом.

С помощью проекционного объектива блока 11 записи на фоточувствительной поверхности входного отражательного ПМС 10 формируется входное иэображение объекта, при подаче переменного напряжения на электроды которого от блока 13 питания осуществляется модуляция показателя преломления жидкого кристалла, Пучок света от.лазера когерентной осветительной системы 1 фокусируется микрообъективом, проходит через микродиафрагму 3 и попадает на осветительный объектив, состоящий из линзы

4, афокального элемента 5 и двухсклеенного компонента 6, который осуществляет фокусировку лазерного излучения в пятно малого размера на поверхности зеркальной грани оптического клина 9, Такая схема осветительного объектива выбрана с целью коррекции осевых и полевых аббераций зеркальной оптической системы и формирования на зеркальной поверхности оптического клина 9 эквивалентного точечного источника лазерного излучения. Сходящийся пучок света (сходящаяся оферическая волна) отражается от зеркальной грани оптического клина 9, преобразуется им в расходящийся пучок света (расходящуюся сферическую волну). Поскольку зеркальная грань оптического клина 9 расположена в фокальной плоскости сферического зеркала 7, то этот расходящийся пучок света с помощью сферического эеркала 7 преобразуется в параллельный считывающий пучок света (плоскую волну), освещающий по нормали входной отражательный ПМС 10, на электроды которого подается переменное напряжение от блока 13 питания.

Отраженная от диэлектрического зеркала ПМС 10 часть считывающего

5 16 пучка с вета приобретает фаз ово-поляризационную модуляцию света и, распространяясь в обратном направлении по нормали к входному отражательному

IIMC 10, падает опять на сферическое зеркало ?, в фокальной плоскости которого формируется пространственночастотный спектр входного изображения на сферической поверхности, верхняя точка которой совпадает с фокусом сферического зеркала 7. В связи с этим поверхность диэлектрического зеркала IIMC 8, используемого в качестве отражающего пространственночастотного фильтра (фазового фильтра), также выполняется сферической, причем радиус кривизны диэлектрического зеркала вдвое меньше радиуса кривизны сферического зеркала 7 (фиг, 1, R < = 2 R<), а их центры кривизны С и С совпадают, Выбор такой схемы зеркальной оптической системы в сочетании с установкой входного отражательного IIMC 10 и выходного регистратора 12 изображения в плоскости, проходящей черезцентры кривизны С и С и перпен-! дикулярной оптической оси системы 1, а также выбор специально скоррегированного осветительного объектива, состоящего из линзы 4, афокального элемента 5 и двухсклеенного об*ектива 6, обеспечивают минимизацию абер- раций всей зеркальной оптической системы как в пространственно-частотном спектре, так и в выходном изображении, При этом в фокальной плоскости сферического зеркала 7, с которой совпадает вершина сферической поверхности пространственночастотного спектра входного изображения, установлен оптический клин 9 с наклонной зеркальной гранью, выполняющий одновременно две функции: визуализацию по методу темного поля фазовой модуляции во входном отражательном ПМС в амплитудную модуляцию в выходном изображении и амплитудную фильтрацию низких пространственных частот в спектре входного изображения, приводящую к оконтуриванию крупных деталей в выходном изображении.

В результате пучок света отражается от сферического диэлектрического зеркала IIMC 8, на электроды которого подается переменное напряжение питания от блока 13, проходит че61743 6

5

10 !

35 рез слой жидкого кристалла с распределением показателя преломления, соответствующим распределению интенсивности света на фотополупроводнике, сформированным с помощью ЭЛТ 14, модулируется в нем по фазе, фильтруется по низким пространственным частотам в оптическом клине 9 и попадает на другую половину сферического зеркала 7, которое и формирует выходное отфильтрованное изображение в плоскости регистратора 12.

С целью оперативной (в реальном времени) смены функции коэффициента пропускания фазового пространственно-частотного фильтра (ПМС 8), многослойная структура такого ПМС собирается на сферической поверхности волоконно-оптической пластины ЭЛТ 14, При этом по командам из микроЭВМ 15 из блока 16 оперативной памяти (ОЗУ) производится выдача в цифровых кодах соответствующего номера пространственно †частотно фильтра, функция пропускания которого через блок 17 сопряжения, содержащий цифроаналоговый преобразователь, видеоусилитель и блоки развертки-синхронизации, преобразуется в видеосигнал подавае7 мый на модулятор ЭЛТ 14.

Сформированное электронным лучом изображение пространственно-частотного фильтра (спектра) визуализируется на слое люминофора, излучение которого засвечивает слой фотопроводника отражательного ПМС 8, в результате чего происходит модуляция слоя жидкого кристалла.

При этом, как видно из фиг. 1 и 2, тангенс двойного угла наклона зеркальной грани оптического клина 9 равен отношению расстояния D между центром входного отражательного IIMC

11 и оптической осью сферического зеркала 7 к его фокусному расстоянию

1 I эоо т е tg 2<= В/fэос

Кроме того, с целью упрощения конструкции отражательного IIMC 8 с установленным внутри него оптическим клином 9 с зеркальной гранью,. сам оптический клин можно сформировать внутри слоя жидкого кристалла 21 (фиг. 3) путем записи электронным лучом ЭЛТ на люминофоре сигнала, интенсивность света которого изменяется по координате по линейному закону. При этом на жидкий кристалл 21 с толщиной слоя d действует линейжк

1661743

20

30 о изменяющееся электрическое поле ,(„ ), приводящее к формированию в слое жидкого кристалла 21 эквивалентного о,тического клина 9 размером

1 имеющего показатели преломакв. кл пения п< и пд и угол при вершине . Клина() . Тогда световой луч лаакв. <и

Зера, падающий по нормали к стеклянной подложке 23, претерпевает отклонение. формула изобретсния

Устройство для оптической обработки иэображений, содержащее зеркало, входной отражательный пространственный модулятор света с блоком аписи входного изображения и выходой регистратор изображения, расоложенные симметрично относительно эптической оси зеркала, когерентную рптическую систему, в задней фокаль ой плоскости зеркала соосно оптической оси расположен пространствен. 8o-частотный фильтр с отражающей поверхностью, визуапизирующий элемент которого расположен в фокусе когерентной осветительной системы, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения разрешающей способности в спектре пространственных частот и в выходном иэображении, когерентная осветительная система распо- . ложена на одной оптической оси с зеркалом и пространственно-частотным фильтром, отражающие поверхности которых выполнены сферическими, входной отражательный пространственный модулятор света с блоком записи входного изображения и выходной регистратор изображения смещены вдоль оптической оси от зеркала на его двойное фокусное расстояние, радиус кривизны отражающей поверхности пространственно-частотного фильтра в два раза меньше радиуса кривизны отражающей поверхности зеркала, а пространственно-частотный фильтр выполнен в виде пространственного модулятора света с визуализирующим элементом в виде оптического клина с наклоненной к оптической оси пространственно-частотного фильтра зеркальной гранью, а в когерентную осветительную систему введен компенсатор сферической аберрации зеркала в виде афокапьного двухлинзового элемента, оптическая ось которого совпадает с оптической осью входного отражательного пространственного модулятора света с блоком записи входного изображения.

Вьис3нпй (атклонеиний) 1661743

Составитель И.Герасимова

Редактор Н.Лазаренко Техред М.яндык Корректор М.Самборская

Заказ 2124 Тираж 392 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