Устройство и способ для описания, кодирования, хранения и поиска изображений по их геометрии

Устройство и способ для описания, кодирования, хранения и поиска изображений по их геометрии

Реферат

 

Изобретение относится к области распознавания и сравнения изображений. Его применение позволяет получить технический результат в виде обеспечение быстрого и нетребовательного к системным ресурсам распознавания и сравнения изображений. Этот результат достигается благодаря тому что блок описания оптического изображения измеряет световое излучение при дискретных угловых положениях щели, имеющейся во вращающемся фильтре пространственных частот, установленном в фокальной плоскости линзы Фурье, в плоскости которой формируется спектр преобразования Фурье для пространственных частот изображения. Измерение светового излучения при помощи небольшой фотодетекторной матрицы облегчается путем расщепления луча, содержащего фильтрованный спектр светового излучения, и проецирования расщепленного луча на две фотодетекторных матрицы, смещенных друг относительно друга и наложенных друг на друга. 5 н. и 38 з.п. ф-лы, 9 ил.

Перекрестная ссылка на связанные заявки на патент

Эта заявка на патент представляет собой частичное продолжение заявки на патент США №09/326362, зарегистрированной в Патентном ведомстве США 4 июня 1999 г.

Область техники

Настоящее изобретение в общем относится к обработке оптических изображений и, в частности, к описанию изображений оптическим путем таким образом, что их можно кодировать, хранить, искать, извлекать и/или сравнивать с другими изображениями.

Существующий уровень техники

В мире существуют сотни миллионов, возможно, миллиардов творческих произведений, которые выполнены в виде визуальных изображений или которые могут быть преобразованы в визуальные изображения. Такие творческие произведения могут включать, например, рисунки и картины художников, коммерческое искусство, чертежи, фотографии, кинокартины, записанные в цифровой форме фото- и видеоизображения, радиолокационные изображения, карты, изображения, созданные на компьютере, литературные работы, код компьютерной графики, звукозаписи и многое другое. Такие творческие произведения хранятся в библиотеках, базах данных, публичных и частных коллекциях и других местах по всему миру, и существует множество причин, по которым люди хотят их найти. Однако изображение гораздо труднее, чем, например, текст, описать объективным образом, независимо от видения и субъективной оценки человека. Следовательно, создание обширной базы данных для хранения и поиска большого количества изображений становится трудной задачей, и результаты находят ограниченное применение, даже если для облегчения работы используется компьютеризированные индексирование и поиск. Например, машина визуального поиска, разработанная компанией ditto.com (бывшая Arriba Soft Corp.), использует компьютерную программу "crawler" для путешествия по всемирной паутине (WWW), посещения web-сайтов в поиске изображений и копирования изображений вместе с любым связанным с ними текстом. Данные изображения затем уменьшаются в размере, индексируются текстом в соответствии с определенной тематической категорией, содержанием, характеристикой или тому подобным, сортируются и/или отбираются людьми ("человеческие фильтры") и вводятся в базу данных. Последующий доступ или поиск в базе данных производится путем ввода ключевого слова или фразы, которые должны представлять собой одно из ряда ключевых слов или фраз, выбранных создателем или оператором машины поиска для описания изображения в каталоге машины поиска. Например, человек, осуществляющий поиск, может ввести слово "бабочка" и, если машина поиска в базе данных располагает изображениями, индексированными словом "бабочка", машина поиска выведет эти изображения. Если поиск по условию "бабочка" дает слишком много результатов, например более трех тысяч изображений, то для сужения поля поиска можно добавлять другое слово, например "монарх", но только в том случае, если у создателя или оператора базы данных имеются изображения, индексированные словом "монарх". Слова "бабочка монарх" могут сузить поле поиска до, например, нескольких сотен изображений. А дальше уже дело за человеком - просмотреть все изображения, внесенные в каталог под словами "монарх" и "бабочка", для выяснения, имеется ли что-либо, представляющее интерес.

В конечном счете, поисковые возможности такой машины поиска ограничиваются: (i) словом (словами), которое создатель или оператор базы данных выбрал для описания изображения; (ii) ограниченным временем, которое у реальных людей имеется для просмотра изображений, присвоения ключевых слов для индексирования и ввода изображения с выбранными индексными словами в базу данных, насчитывающую в обычном случае до нескольких миллионов изображений; (iii) ограниченным количеством изображений, из имеющихся сотен миллионов или миллиардов, которое оператор решает проиндексировать и внести в базу данных; (iv) тем, что пользователь должен лично просмотреть представленные изображения; и (v) если пользователь хочет найти источник или местонахождение изображения, для которого в распоряжении пользователя имеется эталонное изображение, то ему приходится надеяться, что оператор машины поиска не исключил требуемое изображение, и пользователь должен сравнить изображения, предоставленные машиной поиска, с эталонным изображением.

Принадлежащая заявителю одновременно рассматриваемая заявка на патент США №09/326362, зарегистрированная 4 июня 1999 года, описывает, как можно находить изображения в различных базах данных, на различных серверах, web-сайтах и т.п., которые доступны при помощи или через сеть Интернет, и сравнивать их с эталонным изображением, используя способ оптической корреляции. Однако необходимость в проведении поиска во всех доступных источниках каждый раз, когда ищется совпадение для конкретного эталонного изображения, является не слишком желательным и эффективным. Однако все изображения, найденные во всех подобных доступных источниках, можно поместить в отдельную или центральную базу данных, чтобы затем осуществлять в этой базе данных каждый поиск совпадения с эталонным изображением. Такая схема могла бы устранить необходимость осуществления каждого поиска во всех доступных источниках. Однако многие изображения требуют сотен или тысяч килобайт данных, поэтому потребовался бы огромный объем памяти для хранения данных, чтобы собрать и хранить сотни миллионов или миллиардов изображений в одной базе данных, и просмотр всех таких изображений для каждого эталонного изображения был бы по-прежнему неэффективным даже в случае, если все изображения находятся в единой базе данных. Кроме того, попытки ограничить время поиска и потребности в ресурсах путем введения произвольных категорий, хотя, возможно, и выгодны в определенной степени, накладывают по меньшей мере несколько ограничений и вызывают неудобства, описанные выше применительно к устройствам поиска изображений типа предлагаемых ditto.corn. Находящаяся на одновременном рассмотрении и принадлежащая заявителю заявка на патент №09/326362 не рассматривают проблему, как изображения, найденные в указанных выше различных базах данных, на различных серверах, web-сайтах и т.п., могут быть описаны с использованием способа, требующего минимального количества данных или байт информации для легкого и управляемого хранения в базе данных, быстрого поиска и быстрого извлечения для сопоставления с эталоном.

Существует потребность в устройствах, имеющих более высокую степень автоматизации и высокую скорость, и способе описания изображений таким образом, чтобы эти изображения можно было хранить, искать, извлекать и сравнивать с эталонным изображением при минимальном, если таковое вообще имеется, человеческом вмешательстве или участии.

Сущность изобретения

Задача настоящего изобретения заключается в обеспечении усовершенствованного устройства и способа для описания изображений при помощи информации, которая является уникальной для каждого изображения и пригодна для кодирования, хранения и поиска в базе данных.

Более конкретной задачей настоящего изобретения является обеспечение способа осуществления быстрого описания форм, имеющихся в изображении, и кодирования таких характеристик, связанных с формами, с использованием минимального объема данных, в результате чего хранение, поиск и извлечение данных могут осуществляться быстро и без чрезмерных затрат вычислительной мощности и объема памяти компьютера.

Другой задачей данного изобретения является обеспечение автоматизированного поиска и извлечение изображения из базы данных, содержащей изображение, на основе эталонного изображения.

Эти и другие задачи, преимущества и обладающие новизной отличительные признаки данного изобретения частично изложены в приведенном ниже описании, а частично станут очевидны специалистам в данной области техники при изучении этого описания или могут быть поняты при реализации данного изобретения на практике. Упомянутые задачи и преимущества могут быть реализованы и достигнуты при помощи средств и в сочетаниях, конкретно указанных в пунктах приложенной Формулы изобретения.

Для решения указанных выше и других задач и в соответствии с целями настоящего изобретения, которые сформулированы и подробно здесь описаны, соответствующий данному изобретению способ содержит этап описания изображения с точки зрения его геометрии путем формирования оптического спектра преобразования Фурье для изображения с использованием светового излучения; пространственную фильтрацию светового излучения, исходящего от спектра преобразования Фурье с использованием поворота щели для формирования фильтрованного спектра светового излучения; измерения интенсивностей светового излучения при их распределении в фильтрованном спектре при дискретных угловых положениях упомянутой щели; и сохранения упомянутых интенсивностей светового излучения, измеренных в пространственном спектре, вместе с дискретным угловым положением щели, при котором эти интенсивности светового излучения измерены. Данное изобретение также содержит этап расщепления светового излучения, распределенного в фильтрованном спектре, на два луча для измерения двумя отдельными детекторными матрицами, имеющими разное положение относительно фильтрованного спектра для предотвращения потери интенсивностей светового излучения в пятнах или зонах этого излучения, которые пересекают границы между двумя или более отдельными фоточувствительными элементами в детекторной матрице. Упомянутые интенсивности могут измеряться относительно порогового уровня и сохраняться в базе данных только в случае, если они по меньшей мере достигают этого порогового уровня. К информации о повороте и интенсивности, хранящейся в массиве данных, может добавляться флаг, например, указывающий один или более уровней нелинейного искажения.

Для достижения указанных выше задач соответствующее данному изобретению устройство включает описатель геометрии оптического изображения, содержащий линзу Фурье формирования спектра преобразования Фурье для светового излучения, исходящего от изображения, в фокальной плоскости линзы; фильтр пространственных частот с вращающейся щелью, расположенный в фокальной плоскости упомянутой линзы для пропускания из спектра преобразования Фурье только светового излучения, соответствующего угловым положениям упомянутой щели; фотодетектор, установленный для измерения излучения, пропускаемого упомянутым фильтром пространственных частот; и пространственный модулятор света со связанным с ним источником когерентного излучения. Упомянутый пространственный модулятор света может управляться таким образом, чтобы формировать изображение с когерентным излучением от связанного с ним источника когерентного излучения и проецировать данное изображение с когерентным излучением через линзу Фурье. Упомянутый фотодетектор предпочтительно содержит две детекторных матрицы из отдельных фоточувствительных элементов, при этом расщепитель луча проецирует часть упомянутого фильтрованного спектра на одну из детекторных матриц, а другую часть - на другую детекторную матрицу. Упомянутые детекторные матрицы имеют разное положение относительно упомянутого фильтрованного спектра. Блок сравнения (или программное обеспечение, выполняющее функцию блока сравнения) выбирает интенсивность из измеренных в отдельном фоточувствительном элементе одной из упомянутых матриц и в кластере частично наложенных фоточувствительных элементов другой упомянутой матрицы. Таблица RIX-элементов базы данных используется для хранения интенсивностей вместе со значением поворота и, возможно, вместе с анализируемым флагом, таким как коэффициент нелинейного искажения.

Краткое описание чертежей

Сопровождающие чертежи, которые включены в данное описание и являются его частью, иллюстрируют предпочтительные варианты реализации настоящего изобретения и вместе с описанием служат для объяснения принципов данного изобретения.

На Фиг.1 представлена принципиальная схема блока описания оптического изображения, соответствующего настоящему изобретению;

на Фиг.2а-с показана взаимосвязь между вертикальным положением щели в фильтре пространственных частот (Фиг.2а) относительно форм, имеющихся в изображении (Фиг.2b), и результирующим фильтрованным спектром светового излучения (Фиг.2с);

Фиг.3а-с аналогична Фиг.2а-с, но угловое положение щели составляет приблизительно 50 градусов от вертикали;

Фиг.4а-с также аналогичны Фиг.2а-с, но щель повернута в горизонтальное положение;

на Фиг.5 представлено схематическое изображение имеющих разное положение наложенных детекторных матриц, соответствующих настоящему изобретению, которые используются для обнаружения фильтрованного спектра светового излучения;

на Фиг.6 показана увеличенная часть наложенных детекторных матриц, иллюстрирующая обнаружение пятен или областей светового излучения, которые пересекают границы между соседними фоточувствительными элементами;

на Фиг.7 представлена функциональная схема, иллюстрирующая сбор данных по идентификации изображения, а также данных поворота и интенсивности RIX для таблицы RIX-элементов;

на Фиг.8 представлено схематичное изображение блока сравнения сигналов интенсивности, предназначенной для выбора интенсивности из измеренных фоточувствительным элементом одной детекторной матрицы и четырьмя частично наложенными фоточувствительными элементами другой детекторной матрицы с целью включения в таблицу RIX-данных;

на Фиг.9а-b изображена часть таблицы RIX-данных, ячейки которой заполнены информацией о повороте, интенсивности и нелинейном искажении, предназначенной для точного поиска, и дополнительные ячейки которой заполнены флагами различных значений нелинейного искажения, предназначенными для менее точного поиска.

Предпочтительный вариант реализации изобретения

На Фиг.1 схематично показан блок 10 описания оптического изображения, предназначенный для описания, хранения и поиска оптических изображений по совокупности геометрических форм. Этот блок 10 описания оптического изображения описывает изображение в соответствии с формами, которые формируют изображение, и данное описание будет уникальным для изображения. Другие характеристики изображения, например цвет и/или текстура, созданные другим оптическим устройством, не являющимся частью данного изобретения, могут использоваться вместе с характеристиками формы, полученными в соответствии с данным изобретением для более полного описания и поиска изображения. Однако данное описание будет сосредоточено, в первую очередь, на описании формы изображения согласно настоящему изобретению.

Если говорить по существу, образец 12 изображения, который может быть получен из любого источника (например, сеть Интернет, электронная база данных, web-сайт, библиотека, сканер, фотография, кинопленка, радиолокационное изображение, электронная фото- или видеокамера и другие источники) вводится в блок 10 описания оптического изображения, что более подробно описано ниже. На Фиг.1 показано произвольное количество n других образцов 14,…, n изображения, ожидающих ввода в блок 10 описания оптического изображения в последовательности, указанной стрелками 16, 18. Ввод произвольного количества n таких последовательных изображений 12, 14,..., n может быть осуществлен вручную или, что предпочтительно, автоматическим путем, например, с использованием механического диаскопа, генератора изображений на основе компьютера, кинопроектора, фото- или видеокамеры или тому подобного. Прямоугольник 20 на Фиг.1 схематично представляет любое устройство, способное формировать очередь и перемещать изображение 12, 14,..., n в блок 10 описания оптического изображения. В последующем описании для удобства и простоты используется ссылка, по большей части, только на первое изображение 12, но при этом подразумевается, что оно применимо также к любому из изображений 12, 14,..., n.

Кроме того, несколько образцов 12, 14,..., n изображений вводятся в блок 10 описания оптического изображения в плоскости, которая перпендикулярна световому лучу 22, исходящему от облучателя 21 изображения, т.е. перпендикулярна плоскости Фиг.1. Однако для облегчения объяснения, иллюстрирования и понимания данного изобретения изображения 12, 14,..., n показаны спроецированными на плоскость, параллельную плоскости Фиг.1, т.е. параллельную плоскости бумаги. Эта же условность используется также при проецировании изображения 12’, спектра 32 преобразования Фурье, фильтра 54 пространственных частот, фильтрованного спектра 60 и детекторных матриц 82а, 82b из их соответствующих плоскостей, перпендикулярных световым лучам, на плоскость бумаги в целях объяснения, иллюстрирования и понимания. Эти компоненты и их функции в данном изобретении более подробно объяснены ниже.

Изображение 12, введенное в блок 10 описания оптического изображения, в оптическом виде проходит через ряд оптических элементов, которые более подробно описаны ниже. При этом изображение 12 будет подвергаться значительной трансформации при прохождении через тонкую собирающую линзу 30, также называемую фурье-преобразующей линзой или линзой Фурье. Преобразование Фурье, осуществляемое для образца 12’ изображения, реорганизует световое излучение изображения 12’ в спектр 32 преобразования Фурье, который возникает на фокальном расстоянии F линзы 30 (т.е. в фокальной плоскости), как показано на Фиг.1, и который уникален для изображения 12’ даже несмотря на то что он не воспринимается подобно изображению 12’ человеческим глазом. Световое излучение в области Фурье, т.е. в фокальной плоскости, может быть описано интенсивностями, т.е. амплитудами излучения, имеющегося в спектре 32 преобразования Фурье в различных пространственных положениях. Общее распределение амплитуд светового излучения 34 в спектре 32 представляет собой преобразование Фурье для общего распределения света в изображении 12’, которое является оптической копией изображения 12 в монохроматическом, предпочтительно когерентном световом излучении, что более подробно описано ниже. Концентрации сильного светового излучения в спектре 32 преобразования Фурье в основном соответствуют пространственным частотам изображения 12’, т.е. тому, как расположенные близко или на большом расстоянии элементы изображения 12’ сменяют друг друга или остаются неизменными. Например, рубашка из ткани "шотландка" (не показана), т.е. имеющая много небольших квадратов в изображении, находящемся в пространственной области, будет характеризоваться более высокой пространственной частотой, т.е. изменениями на единицу расстояния, чем гладкая одноцветная рубашка (не показана) в изображении, находящемся в пространственной области. Кроме того, части изображения, такие как детали 35 бампера и гриля автомобиля (облицовочная часть решетки), содержащиеся в изображении 12’, находящемся в пространственной области, будут характеризоваться более высокой пространственной частотой, чем зона крыла 36 изображения 12’ автомобиля, так как детали 35 бампера и гриля содержат много небольших элементов с различными краями, кривыми линиями и другими сложными переходами в пределах небольшого расстояния, в то время как крыло 36 является довольно гладким и ровным на большом расстоянии. Световое излучение от более мелких деталей изображения в пространственной области, например от более сложных деталей 35 бампера и гриля в изображении 12’, находящемся в пространственной области, будет распределяться при дисперсии дальше в радиальном направлении от оптического центра или оси 40 изображения, прошедшего преобразование Фурье, т.е. в области Фурье, чем световое излучение от более плавных или более плоских деталей изображения, например, крыла 36 в изображении 12’, находящемся в пространственной области. Амплитуда светового излучения 34, распределенного при дисперсии по радиусу в спектре 32 преобразования Фурье (в области Фурье), зависит от светового излучения соответствующих зон изображения 12’, находящегося в пространственной области, от которых такое световое излучение исходит, и, кроме того, такое световое излучение концентрируется в областях или в полосах 34 в плоскости спектра 32 преобразования Фурье после того как упомянутые зоны преломляются линзой 30 Фурье, т.е. в полосы сильного светового излучения, разделенные полосами слабого излучения или полосами с отсутствием излучения. Если зоны изображения 12’ с высокой пространственной частотой, например зона 35 бампера и гриля, являются яркими, то интенсивность или амплитуда светового излучения от этих зон изображения 12’ с высокой пространственной частотой, которые при преломлении линзой 30 Фурье формируют более удаленные в радиальном направлении полосы светового излучения 34 в спектре 32 преобразования Фурье, будет выше, т.е. излучение будет ярче. С другой стороны, если зоны изображения 12’ с высокой пространственной частотой являются темными, то интенсивность или амплитуда светового излучения от этих зон изображения 12’ с высокой пространственной частотой, которые при преломлении линзой 30 Фурье формируют более удаленные в радиальном направлении полосы светового излучения 34 в спектре 32 преобразования Фурье, будет ниже, т.е. излучение будет менее ярким. Подобным же образом, если зоны изображения 12’ с низкой пространственной частотой, например зона 36 крыла, являются яркими, то интенсивность или амплитуда светового излучения от этих зон изображения 12’ с низкой пространственной частотой, которые при преломлении линзой 30 Фурье формируют менее удаленные в радиальном направлении полосы светового излучения 34 в спектре 32 преобразования Фурье (т.е. расположенные ближе к оптической оси 40), будет выше, т.е. излучение будет ярче. Однако если зоны изображения 12’ с низкой пространственной частотой являются темными, то интенсивность или амплитуда светового излучения от этих зон изображения 12’ с низкой пространственной частотой, которые при преломлении линзой 30 Фурье формируют менее удаленные в радиальном направлении полосы светового излучения 34 в спектре’ 32 преобразования Фурье, будет ниже, т.е. излучение будет менее ярким.

В итоге спектр 32 преобразования Фурье для излучения, исходящего от изображения 12’: (i) уникален для изображения 12’, (ii) содержит области или полосы концентрированного светового излучения 34, распределенного при дисперсии в радиальном направлении от центра или оптической оси 40, которые представляют пространственные частоты, т.е. мелкость деталей, в изображении 12’, (iii) интенсивность или амплитуда светового излучения 34 в каждой области или полосе пространственной частоты в спектре 32 преобразования Фурье соответствует яркости или интенсивности светового излучения, исходящего от соответствующих мелких или крупных элементов изображения 12’, и (iv) для такого светового излучения 34 в областях или полосах спектра 32 преобразования Фурье можно измерить интенсивность и определить пространственное местоположение.

Однако, так как блок 10 описания характеристик оптического изображения, соответствующий настоящему изобретению, создан для описания изображения 12 по формам, которые составляют это изображение, то для обнаружения и фиксирования светового излучения, исходящего от более мелких деталей или частей этих более мелких деталей изображения 12’, которые имеют одинаковую линейную ориентацию при различных конкретных углах наклона, используется дополнительная пространственная фильтрация спектра 32 светового излучения, получаемого при преобразовании Фурье. Такая пространственная фильтрация может выполняться несколькими различными путями, что более подробно описано ниже, но примерный фильтр 50 пространственных частот, предназначенный для выполнения этой функции, конструктивно представляет собой удлиненную щель 52 в непрозрачном роторе 54, который размещен в фокальной плоскости линзы 30 Фурье (т.е. в области Фурье) и может вращаться вокруг оптической оси 40. Привод вращения, схематично изображенный на Фиг.1 как мотор 56 с приводным ремнем 58, установленным на роторе 54 фильтра пространственных частот, вращает этот ротор и, таким образом, щель 52 вокруг оптической оси 40, как показано стрелкой 59. На практике наряду с использованием привода, состоящего из мотора 56 и ремня 58, может также применяться и другое, более эффективное роторное устройство, например пневматический привод и воздушные подшипники (не показаны).

Через фильтр 50 пространственных частот могут проходить только порции светового излучения 34 из спектра 32 Фурье, которые лежат в плоскости щели 52. Такие порции светового излучения 34, которые проходят через фильтр 50 пространственных частот, представляют, т.е. исходят большей частью от деталей или элементов изображения 12’ (например, прямые линии и короткие сегменты кривых линий), линейная ориентация которых совпадает с угловым положением щели 52, что более подробно описано ниже. При распространении светового излучения 34, которое проходит через фильтр 50 пространственных частот, расположенный в области Фурье (т.е. в фокальной плоскости), обратно в пространственную область (например, расположенную на фокальном расстоянии F от фокальной плоскости), как показано на Фиг.1, результатом является фильтрованный спектр 60 из полос 62 светового излучения, который представляет уникальную комбинацию элементов или линий изображения 12’, которые имеют линейную ориентацию, как у щели 52 фильтра 50 пространственных частот.

Разумеется, по мере поворота щели 52 вокруг оптической оси 40, как показано стрелкой 59, щель 52 будет принимать положение, совпадающее с линейной ориентацией элементов или линий изображения 12’, расположенных под различными углами. Таким образом, полосы 62 преломленного светового излучения в фильтрованном спектре 60 будут изменяться вместе с поворотом щели 52 для отображения различных элементов, деталей или линий изображения 12’, расположенных в различных угловых положениях, сложность или мелкость, а также яркость, что более подробно рассмотрено ниже.

Прошедшее пространственную фильтрацию световое излучение в полосах 62 фильтрованного спектра 60 может измеряться одним или более фотодетекторами 80а, 80b в любом из различных угловых положений щели 52 и подаваться в электронной форме в компьютер 100 или другой микропроцессор для обработки и кодирования, что более подробно описано ниже. Согласно одной существенной, но не являющейся обязательной, отличительной особенности данное изобретение включает использование двух детекторных матриц 82а, 82b, состоящих соответственно из отдельных фоточувствительных преобразователей энергии 84а, 84b, но при этом одна из упомянутых матриц 82а, 82b смещена по сравнению с другой относительно оптической оси 40. Эта особенность облегчает обнаружение и запись всех подробностей фильтрованных спектров 60, и это происходит быстрее и с меньшими требующимися для обработки данных памятью или производительностью, чем в случае использования одной фотодетекторной матрицы, что более подробно рассмотрено ниже. Прошедший пространственную фильтрацию световой луч 61 расщепляется расщепителем 64 луча для посылки луча 61 на оба фотодетектора 80а, 80b, в результате чего фильтрованные спектры 60 обнаруживаются обеими детекторными матрицами 82а, 82b.

При вводе в компьютер 100 оптической информации о фильтрованных спектрах 60, т.е. распределения интенсивности (I) светового излучения от одной или двух детекторных матриц 82а, 82b вместе с информацией от устройства 20 обработки изображений об изображении 12 (например, идентификационного номера, указателя источника и т.п.) и информацией от фильтра 50 пространственных частот об угловом положении (R) щели 52, этот компьютер 100 может быть запрограммирован для кодирования характеристик изображения 12, относящихся к формах этого изображения. Одним из удобных форматов для кодирования такой информации является попиксельное кодирование фильтрованного изображения 60, включая информацию, касающуюся координат х, у каждого пикселя, поворота (т.е. углового положения щели 52 и, таким образом, линейных элементов изображения 12, ориентация которых совпадает с таким угловым положением) и интенсивности (т.е. амплитуды светового излучения от фильтрованного спектра 60), которая измеряется в каждом пикселе при угловом положении R. Может также вводиться анализируемый флаг, например коэффициент нелинейного искажения X, что более подробно рассмотрено ниже. Такая комбинация углового положения или поворота R, интенсивности I светового излучения для каждого пикселя и коэффициента нелинейного искажения Х может быть названа для краткости "RIX-элементом". Каждый RIX-элемент затем может быть связан с некоторым идентификатором изображения 12, из которого он получен (например, номером, названием или тому подобным), с местонахождением источника изображения 12 (например, URL-адресом Интернет, файлом базы данных, названием книги, владельцем изображения 12 и т.п.) и с любой другой требуемой информацией об изображении, такой как формат, разрешение, цвет, текстура или тому подобное. Некоторая из этой другой информации, например цвет и/или текстура, может представлять собой информацию, введенную из другой базы данных или даже из другого оптического описателя, который автоматически описывает то же изображение 12 в отношении цвета, текстуры или тому подобного - любого, что может оказаться полезным при поиске и нахождении изображения 12 или при сравнении изображения 12 с другими изображениями.

Некоторые, все или дополнительные комбинации такой информации о каждом изображении 12, 14,..., n, описанном с точки зрения его формы и закодированном, как изложено выше, могут посылаться компьютером 100 в одну или более баз 102 данных. Несколько примерных таблиц 104, 106, 108 базы данных для хранения RIX-информации о каждом изображении 12, 14,..., n показаны на Фиг.1, но также может использоваться и множество других структур и комбинаций информации.

В блоке 10 описания оптического изображения, изображенном на Фиг.1, изображение 12 воссоздается с использованием монохроматического, предпочтительно когерентного светового излучения, например как изображение 12’. Такое воссоздание изображения 12 в виде монохроматического оптического изображения 12’ может осуществляться с использованием пространственного модулятора 26 света, облучаемого лучом 24 когерентного излучения от лазерного источника 23, например лазерного диода или газотрона. Эта отличительная особенность данного изобретения может также быть реализована с использованием дневного света, хотя в этом случае получающиеся в результате спектр преобразования Фурье и спектр, прошедший пространственную фильтрацию, будут более нечеткими, чем при использовании монохроматического излучения. Таким образом, несмотря на то что дальнейшее описание изобретения основано на использовании монохроматического, предпочтительно когерентного излучения, необходимо понимать, что дневной свет является подходящей, хотя и не предпочтительной, заменой. Пространственный модулятор 26 света может быть оптически управляемым, таким как показанный на Фиг.1, или он может быть электрически управляемым и управляться, например, видеокамерой (не показана) или компьютером (не показан). Как известно специалистам в данной области техники, пространственный модулятор света может "записывать" изображение в поляризованный световой луч 25 путем вращения плоскости поляризации излучения в пространстве перпендикулярно лучу 25 для либо поглощения, либо пропускания поляризованного излучения или для частичного поглощения, либо частичного пропускания поляризованного излучения, в зависимости от того, что требуется для формирования изображения 12’ в монохроматическом излучении. В оптически управляемом пространственном модуляторе 26 света плоскость изображения формируется в пространстве световым излучением, падающим на полупроводниковый материал, расположенный в непосредственной близости от материала с вращением плоскости поляризации (обычно жидкого кристалла), в то время как в электрически управляемом пространственном модуляторе света (не показан) изображение формируется в жидкокристаллическом материале с вращением плоскости поляризации электрическим путем на попиксельной основе. В любом случае порции когерентного излучения, формирующего поляризованный луч 25, либо поглощаются, либо пропускаются жидкокристаллическим материалом, содержащимся в пространственном модуляторе 26 света. В некоторых пространственных модуляторах света, таких как оптически управляемый пространственный модулятор 26 света, показанный на Фиг.1, плоскость поляризации пропускаемых порций поляризованного излучения поворачивается на 45 градусов после однократного прохождения этого излучения через жидкокристаллический материал, после чего это излучение отражается и снова проходит через жидкий кристалл для поворота на следующие 45 градусов. Таким образом, свет в поляризованном луче 25, который не поглощается в пространственном модуляторе 26 света, отражается и выходит из этого модулятора по тому же оптическому пути 27, но в виде изображения 12’ и с плоскостью поляризации, повернутой на 90 градусов. Некоторые электрически управляемые пространственные модуляторы света функционируют почти таким же образом, т.е. пропуская поляризованное излучение дважды через жидкий кристалл с отражением в промежутке между этими двумя проходами, в то время как другие просто пропускают поляризованное излучение через жидкий кристалл один раз в одном направлении.

В варианте реализации настоящего изобретения, показанном на Фиг.1, луч 24 когерентного излучения от лазерного источника 23 проходит сначала через поляризатор 28 для формирования поляризованного луча 25, излучение в котором поляризовано в одной плоскости, например, но не подразумевая под этим ограничения, в плоскости s, как показано обозначением 25(s). Этот s-поляризованный луч затем проходит через фильтр 110 пространственных частот, в состав которого входят, по существу, точечная диафрагма 112 и линза 114, предназначенная для фокусировки луча 25 (s) в точечной диафрагме 112. Фильтр 110 пространственных частот предназначен, главным образом, для приведения луча 25 (s) в определенное состояние, для получения соответствующего Гауссовского волнового фронта и, если необходимо, ограничить силу луча 25 (s). Затем линза 114а формирует луч цилиндрической формы.

Луч 25 (s) затем проходит через поляризующий расщепитель 116 луча, который отражает излучение, поляризованное в одном направлении, на плоскости 118 и пропускает излучение, поляризованное в перпендикулярном направлении. В настоящем примере поляризующий расщепитель 116 луча отражает s-поляризованное излучение и пропускает р-поляризованное излучение и ориентирован таким образом, чтобы отражать s-поляризованный луч 25 (s) в направлении оптически управляемого пространственного модулятора 26 света.

В то же время световой луч 22 от излучателя 21, например лазерного диода или газового лазера, облучает изображение 12. Как упомянуто выше, существует много других способов считывания изображения 12 в блоке 10 описания оптического изображения, например, с использованием электронно-лучевой трубки, видеомонитора на основе пространственного модулятора света, механического диапроектора, кинопроектора и многих других устройство, что очевидно специалистам в данной области техники.