Оптический коррелятор

Оптический коррелятор

Реферат

 

Изобретение относится к оптической обработке информации, в частности к интеллектуальным системам технического зрения. Его применение в сфере распознавания образов позволяет получить технический результат в виде упрощения конструкции и обеспечения функционирования устройства в режиме реального времени. Этот результат достигается благодаря тому, что оптический коррелятор включает устройства для формирования оптических изображений исследуемого и эталонного объектов, устройство для пространственного интегрирования оптических изображений исследуемого и эталонного объектов и устройство для преобразования результата оптического интегрирования в электрический сигнал, оптически соединенные по ходу светового луча. Устройство для пространственного интегрирования оптических изображений исследуемого и эталонного объектов и устройство для преобразования результата оптического интегрирования в электрический сигнал выполнены в виде светоуправляемого фотодетектора, включающего снабженный оптически прозрачными токосъемными электродами полупроводниковый кристалл с n-p переходом на одной его рабочей поверхности и наноразмерным слоем диэлектрика на противоположной рабочей поверхности упомянутого кристалла. 17 з.п.ф-лы, 9 ил.

Изобретение относится к оптической обработке информации, в частности к оптической вычислительной технике, и может быть использовано в интеллектуальных системах технического зрения для решения таких задач, как, например, автоматизированная сборка на конвейере, распознавание лиц и отпечатков пальцев в криминалистике и системах предотвращения несанкционированного доступа в помещения, распознавание кредитных карт.

В настоящее время интеллектуальные системы технического зрения используют корреляционный алгоритм распознавания образов. На практике корреляционный алгоритм распознавания реализуют как электронными устройствами, так и с помощью оптических корреляторов.

Известен оптический коррелятор изображений, включающий источник входного когерентного излучения, коллиматор, пространственный модулятор света для ввода обрабатываемого изображения, линзу для формирования фурье-преобразования модулированного изображения и фоторефрактивную среду для записи фурье-преобразования эталонного изображения. Фоторефрактивная среда включает расположенную между двумя слоями диэлектрика полупроводящую составную структуру с квантовыми ямами, которая содержит чередующиеся множественные слои с квантовыми ямами и множественные барьерные слои с шириной запрещенной зоны большей, чем в слоях с квантовыми ямами (см. патент США 5606457, МПК G 06 Е 3/00, опубликован 25.02.1997 г.).

Известный коррелятор имеет сложную оптическую схему, для записи и считывания изображения необходимо использовать два лазера, что влечет за собой высокую стоимость устройства.

Известен многоканальный оптический коррелятор, состоящий из лазера и последовательно по ходу пучка лазера размещенных коллиматора, светоделительного элемента эталонного или исследуемого изображений в виде случайных фазовых масок, зеркала, объектива для формирования спектра Фурье эталонного или исследуемого изображений, фоточувствительной среды, размещенной во второй фокальной плоскости объектива для формирования спектра Фурье эталонного или исследуемого изображений, объектива для формирования корреляционной функции эталонного или исследуемого изображений и фотоприемника, размещенного во второй фокальной плоскости объектива для формирования корреляционной функции эталонного или исследуемого изображений. В качестве фоточувствительной среды используют фотополимерные композиции. Фотоприемник состоит, по меньшей мере, из двух фоточувствительных элементов, размещенных по прямой линии, лежащей в плоскости распространения лазерных пучков после светоделительного элемента, дополнительно содержит средства для обеспечения движения эталонного или исследуемого изображений в направлении, ортогональном плоскости распространения пучков лазера после светоделительного элемента. Коррелятор также содержит две линзы, размещенные перед зеркалом и фоточувствительной средой, зеркало закреплено на оси вращения, продолжение которой проходит по отражающей поверхности зеркала, а ось вращения ортогональна плоскости распространения лазерных пучков после светоделительного элемента. Расстояние между линзами равно сумме фокусных расстояний линз, в передней фокальной плоскости первой линзы размещена ось вращения зеркала, а в задней фокальной плоскости второй линзы размещена фоточувствительная среда (см. заявка РСТ WO 00/7090, МПК G 06 Е 3/00, опубликована 09.11.2000 г.).

Известный многоканальный коррелятор позволяет осуществлять запись многих фурье-голограмм эталонного изображения на одной фоточувствительной среде и обеспечивает пространственное разделение корреляционных пиков от разных изображений, однако это достигается за счет усложнения оптической схемы и конструкции коррелятора, необходимости механических перемещений оптических элементов, что влечет за собой невысокое быстродействие коррелятора.

Известен оптический коррелятор для обнаружения и идентификации неизвестных объектов, включающий первый полутоновой пространственный модулятор света для получения информации в форме электрических сигналов, отображающих неизвестный объект, и для формирования пучка электромагнитного излучения, содержащего полученную информацию; второй полутоновой пространственный модулятор света для получения предварительно осуществленного фурье-преобразования изображения известного объекта в форме электрических сигналов и для формирования пучка электромагнитного излучения, содержащего фурье-преобразование изображения известного объекта, а также прибор с зарядовой связью (ПЗС), чувствительный к излучению, несущему изображение, сфокусированному в плоскости изображений (см. заявка РСТ WO 00/07062, МПК G 02 В 27/46, опубликована 10.02.2000 г.).

Известный коррелятор выполнен с ломаной оптической осью для уменьшения габаритов устройства, однако это приводит к усложнению оптической схемы.

Известен оптический коррелятор реального времени Вендер Люгта на фоторефрактивном кристалле арсенида галлия GaAs, в котором для повышения надежности распознавания обрабатываемые изображения предварительно оконтуривают (см. патент США 5150228, МПК G 03 В 1/16, опубликован 22.09.1992 г.).

Недостатками известного коррелятора являются: сложная оптическая схема, необходимость использовать для управления коррелятором персональный компьютер, чувствительность к вибрации, невысокое быстродействие.

Наиболее близким к заявляемому решению по совокупности существенных признаков является некогерентный оптический коррелятор, схема которого приведена на фиг.1. Оптический коррелятор-прототип состоит из точечного источника некогерентного излучения, коллимирующей линзы, формирующей квазиплоскую волну считывающего излучения, двух линз, двух транспарантов (диапозитивов), на которых соответственно зарегистрированы изображения эталонного и исследуемого объектов, устройства для перемещения транспаранта с эталонным изображением по двум взаимно перпендикулярным направлениям в плоскости, перпендикулярной оптической оси, а также фотоприемника, преобразующего результат оптического вычисления двумерной корреляционной функции в электрический сигнал (см. Василенко Г.И. Голографическое опознавание образов. - М.: Сов. Радио, 1977, стр.77).

Известный оптический коррелятор-прототип работает следующим образом. Изображения эталонного и исследуемого объектов предварительно регистрируют на фоточувствительном носителе для получения амплитудных транспарантов (диапозитивов или негативов). Затем полученные транспаранты, пропускание которых по интенсивности пропорционально распределению освещенности в исходных изображениях объектов, помещают соответственно во входной и выходной плоскостях первой линзы. Некогерентное излучение точечного источника формируют коллимирующей линзой в квазиплоскую считывающую световую волну, которой освещают транспарант с записью изображения исследуемого объекта. Пройдя сквозь транспарант, считывающий свет формирует во входной плоскости распределение интенсивности, пропорциональное изображению исследуемого объекта.

Это изображение первая линза проецирует на выходную плоскость, в которой размещен транспарант с записью изображения эталонного объекта. Прошедший через оба транспаранта свет собирается второй линзой на фоточувствительную поверхность фотоприемника, расположенную в фокальной плоскости второй линзы. Для совмещения изображений эталонного и исследуемого объектов транспарант с эталонным изображением перемещают в плоскости, перпендикулярной оптической оси в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Собирая свет, прошедший через оба транспаранта, вторая линза тем самым реализует операцию пространственного интегрирования двумерной функции взаимной корреляции изображений исследуемого и эталонного объектов. Фотоприемник преобразует полученный оптический сигнал в электрический сигнал, пропорциональный двумерной функции взаимной корреляции изображения исследуемого объекта и изображения эталонного объекта. При совпадении исследуемого изображения с эталонным по положению, размерам и угловой ориентации электрический сигнал на выходе фотоприемника окажется максимальным.

Известный оптический коррелятор-прототип имеет сложную и громоздкую конструкцию и не позволяет осуществлять работу в реальном времени из-за необходимости предварительной регистрации изображений исследуемого и эталонного объектов на фоточувствительном носителе.

Задачей изобретения является разработка такого оптического коррелятора, который бы обеспечивал работу в реальном времени и имел более простую конструкцию.

Поставленная задача решается тем, что в оптическом корреляторе, включающем устройство для формирования оптического изображения исследуемого объекта, устройство для формирования оптического изображения эталонного объекта, устройство для пространственного интегрирования оптических изображений исследуемого и эталонного объектов и устройство для преобразования результата оптического интегрирования в электрический сигнал, оптически соединенные по ходу светового луча, устройство для пространственного интегрирования оптических изображений исследуемого и эталонного объектов и устройство для преобразования результата оптического интегрирования в электрический сигнал выполнены в виде светоуправляемого фотодетектора, включающего снабженный оптически прозрачными токосъемными электродами полупроводниковый кристалл с n-р переходом на одной его рабочей поверхности и наноразмерный слой диэлектрика на противоположной рабочей поверхности упомянутого кристалла.

Полупроводниковый кристалл может быть выполнен из самых различных полупроводниковых материалов, удельное сопротивление может лежать в интервале 1-10⁶ Омсм, предпочтительнее 210¹-110² Омсм.

Полупроводниковый кристалл может быть выполнен из кремния, из арсенида галлия, из теллурида кадмия и других полупроводниковых материалов.

Наноразмерный слой диэлектрика может быть выполнен толщиной 2-10 нм.

Оптически прозрачные электроды выполнены из известных материалов, например из окиси индия.

В случае, когда исследуемый и эталонный объекты имеют различные размеры и/или взаимное расположение, в оптический коррелятор может быть дополнительно введено устройство для взаимного сдвига исследуемого и эталонного изображений, а также масштабирования и углового поворота изображений эталонного или исследуемого объектов.

Устройство для формирования оптического изображения исследуемого объекта может быть выполнено, например, в виде последовательно соединенных телевизионной камеры и жидкокристаллического пространственно-временного модулятора света, закрепленного одним торцом с помощью оптоволоконной планшайбы на одном из оптически прозрачных токосъемных электродов упомянутого кристалла и снабженного на другом торце распределенным источником света.

Устройство для формирования оптического изображения эталонного объекта может быть выполнено, например, в виде последовательно соединенных телевизионной камеры и жидкокристаллического пространственно-временного модулятора света, закрепленного одним торцом с помощью оптоволоконной планшайбы на одном из оптически прозрачных токосъемных электродов упомянутого кристалла и снабженного на другом торце распределенным источником света.

Распределенный источник света может быть выполнен в виде панели миниатюрных люминесцентных ламп.

Устройства для формирования оптического изображения исследуемого и эталонного объектов могут быть выполнены из любых известных устройств.

Устройство для формирования оптического изображения исследуемого объекта может быть выполнено, например, в виде последовательно соединенных телевизионной камеры и светодиодной матрицы, закрепленной на одном из оптически прозрачных токосъемных электродов упомянутого кристалла.

Устройство для формирования оптического изображения эталонного объекта может быть выполнено также в виде последовательно соединенных телевизионной камеры и светодиодной матрицы, закрепленной на одном из оптически прозрачных токосъемных электродов упомянутого кристалла.

Телевизионная камера может быть выполнена, например, на основе матрицы приборов с переносом заряда.

Устройство для формирования оптического изображения исследуемого объекта может быть выполнено в виде электронно-оптического преобразователя, закрепленного на одном из оптически прозрачных токосъемных электродов упомянутого кристалла.

Устройство для формирования оптического изображения эталонного объекта может быть выполнено в виде электронно-оптического преобразователя, закрепленного на одном из оптически прозрачных электродов упомянутого кристалла.

Перечисленные выше примеры выполнения устройств для формирования оптического изображения не ограничивают возможности использования других известных форм выполнения этих устройств.

Основным функциональным элементом заявляемого оптического коррелятора изображений является светоуправляемый фотодетектор (СФД), включающий снабженный оптически прозрачными токосъемными электродами полупроводниковый кристалл с n-р переходом у одной его рабочей поверхности и наноразмерным слоем диэлектрика на противоположной рабочей поверхности кристалла. СФД одновременно выполняет функции устройства для пространственного интегрирования оптических изображений исследуемого и эталонного объектов и устройства для преобразования результата оптического интегрирования в электрический сигнал. К СФД прикладывают постоянное напряжение, полярность которого соответствует полярности обратно смещенного n-р перехода. Исходно у такого СФД фоточувствительной является только одна управляющая рабочая поверхность, на которую проецируют оптическое изображение исследуемого или эталонного образца. Под действием этого пространственно модулированного светового потока на противоположной рабочей поверхности СФД очувствляются участки, площадью и конфигурацией повторяющие спроецированное на управляющую поверхность оптическое изображение. Сущность принципа управления фоточувствительностью СФД состоит в перераспределении напряженности электрического поля в кристалле СФД под действием светового потока, несущего изображение объекта, направляемого на управляющую рабочую поверхность кристалла. В результате двумерное распределение интенсивности в оптическом изображении объекта преобразуется в эквивалентное распределение напряженности электрического поля в кристалле. Благодаря этому явлению соответствующие области противоположной рабочей поверхности кристалла становятся фоточувствительными.

Авторам и заявителю неизвестны из патентной и другой научно-технической информации технические решения, совпадающие с заявляемым решением по совокупности существенных признаков, что свидетельствует о соответствии заявляемого устройства критерию "новизна".

Входящий в состав заявляемого оптического коррелятора СФД относится к структурам с фоточувствительным распределением напряженности электрического поля. Подобного типа структуры на кремнии используют в настоящее время в пространственных модуляторах света типа МДП-ЖК (металл-диэлектрик-полупроводник-жидкий кристалл) для оптической обработки информации. Они представляют собой МДП-структуру, где в качестве диэлектрика используют слой жидкого кристалла. Модуляторы на их основе имеют распределенные параметры, где благодаря специфическим свойствам используемой полупроводниковой структуры каждый элемент изображения на его рабочей поверхности существует независимо от соседних без разделения поверхности структуры на отдельные элементы. Эти модуляторы обладают высокой фоточувствительностью, пространственное разрешение в такого типа модуляторах достигает сотен пар линий на мм, т.е. каждый элемент изображения в таких структурах имеет диаметр 10³-10⁴ нм. Однако такого типа структуры непригодны для использования в оптическом корреляторе, так как в них величина электрического заряда, созданного освещением, определяется его экспозицией, а после выключения созданный заряд не может покинуть кристалл, что резко уменьшает быстродействие структуры. При использовании предложенного авторами СФД в заявляемом оптическом корреляторе величина электрического заряда и его распределение по поверхности кристалла при освещении его управляющей рабочей поверхности определяется только интенсивностью освещения и изменяется синхронно с ее изменением, что обеспечивает работу коррелятора в реальном времени и упрощает его конструкцию.

Таким образом, отличительный признак заявляемого решения СФД предложенной конструкции обеспечивает получение нового технического результата, что, по мнению авторов и заявителя, свидетельствует о соответствии заявляемого изобретения критерию "изобретательский уровень" Заявляемое изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена схема оптического коррелятора-прототипа (f₁ - фокусное расстояние первой линзы, f₂ - фокусное расстояние второй линзы); на фиг.2 приведена укрупненная структурная схема заявляемого оптического коррелятора; на фиг.3 показан СФД в продольном разрезе; на фиг. 4 показано распределение напряженности электрического поля Е в СФД (фиг.3) при отсутствии управляющего светового потока (I₀=0), на фиг. 5 показано распределение напряженности электрического поля Е в СФД (фиг.3) при освещении его управляющим световым потоком (I₀>0); на фиг.6 изображен первый вариант реализации заявляемого оптического коррелятора; на фиг.7 изображен второй вариант реализации заявляемого оптического коррелятора; на фиг.8 изображен третий вариант реализации заявляемого оптического коррелятора, на фиг.9 изображен четвертый вариант реализации заявляемого оптического коррелятора.

Известный оптический коррелятор-прототип состоит из устройства для формирования оптического изображения исследуемого объекта 1, включающего точечный источник света 2, коллимирующую линзу 3, транспарант 4 с записью изображения исследуемого объекта и первую линзу 5; устройства 6 для формирования оптического изображения эталонного объекта, включающего транспарант 7 с записью изображения эталонного объекта, точечный источник света 2 и коллимирующую линзу 3; устройства для пространственного интегрирования оптических изображений исследуемого и эталонного объектов в виде второй линзы 8, устройства для преобразования результата оптического интегрирования в электрический сигнал 9 в виде фотоприемника, транспарант 7 снабжен устройством 10 для сдвига, масштабирования и углового поворота транспаранта 7. Электрический сигнал снимают с сопротивления нагрузки 11 фотоприемника 9 и подают в устройство принятия решения (на чертеже не показано).

Укрупненная структурная схема заявляемого оптического коррелятора приведена на фиг.2. Коррелятор состоит из оптически связанных по ходу светового луча устройства для формирования оптического изображения исследуемого объекта 1; устройства для формирования оптического изображения эталонного объекта 6; СФД 12, выполняющего функции устройства для пространственного интегрирования оптических изображений исследуемого и эталонного объектов 6 и устройства для преобразования результата оптического интегрирования в электрический сигнал 9 (см. фиг.1), источника постоянного электрического напряжения 13, подключенного к оптически прозрачным токосъемным электродам 14 и 15; сопротивления 11 нагрузки СФД, электрический сигнал с которого подают в устройство для принятия решения (на чертеже не показано). В случае разных масштабов и различного углового положения эталонного и исследуемого объектов коррелятор может быть снабжен устройством 10 для сдвига, масштабирования и углового поворота изображений одного из объектов (эти операции могут быть реализованы известными электронными устройствами, используемыми в известных электронных и оптических корреляторах). СФД 12 (см. фиг.1) включает полупроводниковый кристалл 16 с n-р переходом 17 у одной его рабочей поверхности, на которую нанесен оптически прозрачный токосъемный электрод 14, а на другую рабочую поверхность нанесен наноразмерный слой диэлектрика 18 и оптически прозрачный токосъемный электрод 15. Электроды 14 и 15 снабжены соответственно контактами 19 и 20 для подключения источника постоянного электрического напряжения 13.

Первый вариант реализации заявляемого коррелятора изображений (см. фиг. 6) состоит из устройства 1 для формирования оптического изображения исследуемого объекта, устройства 6 для формирования оптического изображения эталонного объекта, СФД 12, подключенного к источнику постоянного электрического напряжения 13 и сопротивления нагрузки 11. Устройство 1 включает датчик изображения исследуемого объекта 21 (например, телевизионную камеру), согласующее устройство 22, жидкокристаллический пространственно-временной модулятор света 23 с устройством питания 24, пространственно распределенный источник освещения 25 и устройство проецирования исследуемого изображения 26 (например, линза). Устройство 6 включает датчик изображения эталонного объекта 27, согласующее устройство 28, оперативное запоминающее устройство 29, устройство сдвига, масштабирования и углового поворота изображения эталонного объекта 10 (это устройство может быть установлено в канале исследуемого изображения), жидкокристаллический пространственно-временной модулятор света 30 с устройством управления 31, источник света 32 и устройство проецирования эталонного изображения 33. Вместо датчика изображения эталонного объекта может быть использован банк изображений эталонных объектов 34.

Второй вариант реализации заявляемого коррелятора (см. фиг.7) состоит из устройства 1 для формирования оптического изображения исследуемого объекта, устройства 6 для формирования оптического изображения эталонного объекта, СФД 12, подключенного к источнику постоянного электрического напряжения 13 и сопротивления нагрузки 11. Устройство 1 включает датчик изображения исследуемого объекта 21 (например, телевизионную камеру на основе матрицы приборов с переносом заряда), согласующее устройство 22, устройство сдвига, масштабирования и углового поворота изображения эталонного объекта 10 (это устройство может быть установлено в канале эталонного изображения), жидкокристаллический пространственно-временной модулятор света 23 с устройством питания 24, источник освещения 25 в виде, например, панели миниатюрных люминесцентных ламп и устройство проецирования исследуемого изображения 26 в виде оптоволоконной планшайбы. Устройство 6 включает датчик изображения эталонного объекта 27 (например, телевизионную камеру на основе матрицы приборов с переносом заряда или банк эталонных изображений, записанных в электронной памяти), согласующее устройство 28, оперативное запоминающее устройство 29, жидкокристаллический пространственно-временной модулятор света 30 с устройством питания 31, источник света 32 в виде, например, панели миниатюрных люминесцентных ламп и устройство проецирования эталонного изображения 33 в виде оптоволоконной планшайбы.

Третий вариант реализации заявляемого коррелятора изображений (см. фиг. 8) состоит из устройства 1 для формирования оптического изображения исследуемого объекта, устройства 6 для формирования оптического изображения эталонного объекта, СФД 12, подключенного к источнику постоянного электрического напряжения 13 и сопротивления нагрузки 11. Устройство 1 включает датчик изображения исследуемого объекта 21 (например, телевизионную камеру на основе матрицы приборов с переносом заряда), согласующее устройство 22, светодиодную матрицу 34. Устройство 6 включает датчик изображения эталонного объекта 27 (например, телевизионную камеру на основе матрицы приборов с переносом заряда или банк данных эталонных изображений), согласующее устройство 28, оперативное запоминающее устройство 29, устройство сдвига, масштабирования и углового поворота изображения эталонного объекта 10 (это устройство может быть установлено в канале исследуемого изображения), светодиодную матрицу 35.

Четвертый вариант заявляемого оптического коррелятора (фиг.9) состоит из СФД 12, подключенного к источнику постоянного электрического напряжения 13, электронно-оптического преобразователя 36, закрепленного на одном оптически прозрачном токосъемном электроде 14, и электронно-оптического преобразователя 37, закрепленного на другом оптически прозрачном токосъемном электроде 15.

Описанные выше варианты оптического коррелятора не исчерпывают всех возможных схем его построения. Так, возможны различные комбинации систем проецирования изображений исследуемого и эталонного объектов.

Заявляемый оптический коррелятор работает следующим образом. На электрод 15 СФД 12 подают постоянное электрическое напряжение от источника 13 в полярности обратно смещенного р-n перехода (см. фиг.2). На оптически прозрачный электрод 15 с помощью устройства 6 проецируют изображение эталонного объекта. На оптически прозрачный электрод 14 с помощью устройства 1 проецируют изображение исследуемого объекта. При проецировании изображения эталонного объекта на электрод 15 электрическое поле в кристалле СФД 12 остается сосредоточенным в области объемного заряда р-n перехода (см. фиг.4). В случае, когда ширина базовой области СФД 12 значительно превышает диффузионную длину носителей заряда, освещение СФД 12 со стороны электрода 15 не сопровождается появлением сигнала, снимаемого с сопротивления нагрузки 11, так как созданные при проецировании изображения эталонного объекта фотоносители не разделяются электрическим полем и рекомбинируют у освещаемого электрода 15 (см. фиг. 4). Проецирование на электрод 14 изображения исследуемого объекта (со стороны n-р перехода) приводит к изменениям распределения напряженности электрического поля в СФД 12 (см. фиг.5) При этом появляется сигнал, снимаемый с сопротивления нагрузки 11, так как созданные при проецировании изображения исследуемого объекта фотоносители теперь разделяются электрическим полем в СФД 12. Такая перестройка напряженности электрического поля в кристалле СФД 12 происходит строго под освещаемыми участками р-n перехода. Благодаря этому эффекту изменение сигнала, снимаемого с СФД 12, оказывается пропорционален интегралу от произведения интенсивности световых потоков, создаваемых изображениями эталонного и исследуемого объектов по площади их перекрытия. При совпадении изображений эталонного и исследуемого объектов по размеру и угловой ориентации фототок, снимаемый с СФД 12, достигнет максимума. По этому максимальному значению фототока и принимают решение о наличии в поле зрения устройства 1 исследуемого объекта, соответствующего эталонному. В описанном выше оптическом корреляторе был использован СФД 12 на теллуриде кадмия.

При использовании СФД 12 на кремнии, в котором ширина базой области меньше диффузионной длины носителей заряда, при совпадении изображений эталонного и исследуемого объектов величина фототока достигает минимума.

СФД 12 может быть также выполнен на основе арсенида галлия GaAs.

Следует отметить, что время интегрирования в заявляемом корреляторе определяется быстродействием СФД 12, а сам процесс вычисления реализуется за один такт, независимо от размерности (информативности) изображений. Таким образом, быстродействие заявляемого коррелятора будет ограничиваться временем ввода изображений в СФД 12. В результате заявляемый коррелятор работает в реальном времени. Процедуры взаимного смещения изображений эталонного и исследуемого объектов, их масштабирования и поворота, а также нормировки реализуют известными электронными методами, используемыми в телевизионных и оптических корреляторах изображений.

При использовании в устройствах 1 и 6 жидкокристаллических пространственно-временных модуляторов света 23 и 30 (см. фиг.7) изображения объектов на выходе телевизионных камер 21 и 17 преобразуют с помощью модуляторов света 23 и 30 в прозрачные транспаранты, просвечиваемые однородно распределенным светом источников 25 и 32. Для неискаженной передачи изображений на рабочие поверхности СФД 12 наклеивают оптоволоконные планшайбы 26 и 33, вторые торцы которых имеют оптический контакт с модуляторами света 23 и 30. С помощью устройства 10 осуществляют процедуру взаимного смещения, масштабирования и поворота изображений эталонного и исследуемого объектов. Остальные операции не отличаются от описанных выше.

При использовании в устройствах 1 и 6 светодиодных матриц 34 и 35 (см. фиг. 8) изображения объектов на выходе телевизионных камер 21 и 27 преобразуют с помощью светодиодных матриц 34 и 35 в светящиеся изображения исследуемого и эталонного объектов. Матрицы 34 и 35 оптически соединяют с рабочими поверхностями СФД 12, образуя неразъемный модуль.

Вместо телевизионных камер 21 и 27 и светодиодных матриц 34 и 35 можно использовать электронно-оптические преобразователи 36 и 37 (см. фиг.9).

Заявляемый оптический коррелятор является универсальным устройством, предназначенным для распознавания изображений любых объектов.

Заявляемый оптический коррелятор отличает: - простота вычисления функции взаимной корреляции двух изображений благодаря особым свойствам используемого СФД, - независимость времени вычисления корреляционного интеграла от сложности и размерности распознаваемых изображений; - высокое быстродействие вычисления корреляционного интеграла, определяемое быстродействием СФД, составляющее 10^-5-10^-6 с; - малое время распознавания изображений, ограничиваемое временем перебора их по размерам и ориентации; - возможность распознавания в реальном масштабе времени; - универсальность и простота смены изображений эталонных объектов; - простота конструкции и низкая стоимость; - малые габариты и энергопотребление.

Формула изобретения

1. Оптический коррелятор, включающий устройство для формирования оптического изображения исследуемого объекта, устройство для формирования оптического изображения эталонного объекта, устройство для пространственного интегрирования оптических изображений исследуемого и эталонного объектов и устройство для преобразования результата оптического интегрирования в электрический сигнал, оптически соединенные по ходу светового луча, отличающийся тем, что устройство для пространственного интегрирования оптических изображений исследуемого и эталонного объектов и устройство для преобразования результата оптического интегрирования в электрический сигнал выполнены в виде светоуправляемого фотодетектора, включающего снабженный оптически прозрачными токосъемными электродами полупроводниковый кристалл с n-р переходом на одной его рабочей поверхности и наноразмерный слой диэлектрика на противоположной рабочей поверхности упомянутого кристалла.

2. Оптический коррелятор по п. 1, отличающийся тем, что упомянутый полупроводниковый кристалл имеет удельное сопротивление 110⁶ Омсм.

3. Оптический коррелятор по п. 2, отличающийся тем, что упомянутый полупроводниковый кристалл имеет удельное сопротивление 210¹10² Омсм.

4. Оптический коррелятор по п. 1, отличающийся тем, что полупроводниковый кристалл выполнен из кремния.

5. Оптический коррелятор по п. 1, отличающийся тем, что полупроводниковый кристалл выполнен из арсенида галлия.

6. Оптический коррелятор по п. 1, отличающийся тем, что полупроводниковый кристалл выполнен из теллурида кадмия.

7. Оптический коррелятор по п. 1, отличающийся тем, что наноразмерный слой диэлектрика выполнен толщиной 210 нм.

8. Оптический коррелятор по п. 1, отличающийся тем, что оптически прозрачные токосъемные электроды выполнены из окиси индия.

9. Оптический коррелятор по п. 1, отличающийся тем, что в него дополнительно введено устройство для взаимного смещения упомянутых оптических изображений.

10. Оптический коррелятор по п. 1, отличающийся тем, что в него дополнительно введено устройство масштабирования и углового поворота одного из упомянутых оптических изображений.

11. Оптический коррелятор по п. 1, отличающийся тем, что устройство для формирования оптического изображения исследуемого объекта выполнено в виде последовательно соединенных телевизионной камеры и жидкокристаллического пространственно-временного модулятора света, закрепленного одним торцом с помощью оптоволоконной шайбы на одном из токосъемных электродов упомянутого кристалла и снабженного на другом торце распределенным источником света.

12. Оптический коррелятор по п. 1, отличающийся тем, что устройство для формирования оптического изображения эталонного объекта выполнено в виде последовательно соединенных телевизионной камеры и жидкокристаллического пространственно-временного модулятора света, закрепленного одним торцом с помощью оптоволоконной шайбы на одном из токосъемных электродов упомянутого кристалла и снабженного на другом торце распределенным источником света.

13. Оптический коррелятор по п. 11 или по 12, отличающийся тем, что распределенный источник света выполнен в виде панели миниатюрных люминесцентных ламп.

14. Оптический коррелятор по п. 1, отличающийся тем, что устройство для формирования оптического изображения исследуемого объекта выполнено в виде последовательно соединенных телевизионной камеры и светодиодной матрицы, закрепленной на одном из токосъемных электродов упомянутого кристалла.

15. Оптический коррелятор по п. 1, отличающийся тем, что устройство для формирования оптического изображения эталонного объекта выполнено в виде последовательно соединенных телевизионной камеры и светодиодной матрицы, закрепленной на одном из токосъемных электродов упомянутого кристалла.

16. Оптический коррелятор по п. 11, или 12, или 14, или 15, отличающийся тем, что телевизионная камера выполнена на основе матрицы приборов с переносом заряда.

17. Оптический коррелятор по п. 1, отличающийся тем, что устройство для формирования оптического изображения исследуемого объекта выполнено в виде электронно-оптического преобразователя, закрепленного на одном из токосъемных электродов упомянутого кристалла.

18. Оптический коррелятор по п. 1, отличающийся тем, что устройство для формирования оптического изображения эталонного объекта выполнено в виде электронно-оптического преобразователя, закрепленного на одном из токосъемных электродов упомянутого кристалла.

РИСУНКИ