ГОЛОГРАФИЧЕСКИЙ КОРРЕЛЯТОР Российский патент 1994 года по МПК G06E3/00 

Изобретение относится к оптической вычислительной технике и может найти применение в системах оптической обработки информации, предназначенной для решения задач распознавания, фильтрации и т. п.

Целью изобретения является увеличение точности коррелятора.

На фиг. 1 приведена оптическая схема голографического коррелятора; на фиг. 2 - узел голографического фильтра и призмы с ходом световых лучей через них.

Голографический коррелятор состоит из квазимонохроматической электронно-лучевой трубки (ЭЛТ) 1 (фиг. 1), светофильтра 2, диафрагмы 3, голографического фильтра 4, преломляющей призмы 5, проецирующего объектива 6, фотоприемника 7.

Голографический коррелятор работает следующим образом.

Распознаваемое изобрежение высвечивается на экране квазимонохроматической ЭЛТ во входной плоскости голографического коррелятора. Перед экраном ЭЛТ помещаются светофильтры 2, предназначенные для режекций боковых спектральных линий излучения, диафрагма 3 и голографический фильтр 4. Призма 5 компенсирует расхождение диафрагированных на решетке голографического фильтра световых лучей разной длины волны. Объектив 6 осуществляет проективное сопряжение входной и выходной (мишень фотоприемника 7) плоскостей коррелятора с коэффициентом преобразования V (коэффициент увеличения системы).

Эталонное изображение (ЭИ) записано в виде Фурье-голограммы на голографическом фильтре. Каждая точка распознаваемого изображения восстанавливает ЭИ с голографического фильтра во входной плоскости голографического коррелятора. Восстановленное изображение претерпевает смещения во входной плоскости голографического коррелятора по закону распознаваемого изображения. Проецирующий объектив переносит полученную таким образом функцию корреляции g(x₂) распознаваемого и эталонного изображений в выходную плоскость коррелятора. Суммируя за время телевизионного кадра распределение интенсивности на мишени фотоприемника по всем точкам обрабатываемого в корреляторе изображения, имеют
g(Xf(m/X₁)h · X₂- ·XdX₁ (1) где х₁ и х₂ - одномерные (для упрощения записи) пространственные координаты соответственно в плоскостях экрана ЭЛТ и мишени фотоприемника;
λ₁ и λ₂ - длины волн излучения при регистрации голограмм и корреляции изображений;
h(. . . ) - закон распределения ЭИ;
f(. . . ) - закон распределения распознаваемого изображения;
d₁ - расстояние от экрана ЭЛТ до голографического фильтра;
f₁ - фокусное расстояние объектива при регистрации голограмм;
m - масштаб регистрируемого изображения относительно эталонного.

Зависимость масштабного коэффициента от параметров коррелятора и системы записи голграмм имеет вид
m= λ₁f₁/ λ₂d₁
Дисперсионное уширение импульсного отклика коррелятора с компенсирующей призмой в выходной плоскости коррелятора определяется выражением
Δx_λ≃Vd₁νΔλ / (1 -λ²ν²)^3/2, где ν - частота несущей решетки голографического фильтра.

Если установить после голографического фильтра (фиг. 2) призму, рассчитанную таким образом, что лучи различных длин волн выходят из нее параллельно, то в этом случае дисперсия света на решетке в значительной степени компенсирована и определяется величиной Δx_λ^l , которая определяется равенством
Δx_λ^l = V d₁^l νΔν /(1 - λ²ν² )^3/2.

В этом случае Δx_λ^l меньше Δx_λ в К = раз, т. е. Δx_λ^l = KΔx_λ . Величина К может меняться в широких пределах, так как в нашем случае К= 0,2-0,11.

Для призмы с преломляющим углом θ , расположенной в минимуме отклонений, справедлива формула
_=· ,
где d σ _мин - отклонение между двумя лучами, выходящими из призмы, с разностью показателей преломления dn для длины волны λ и λ+Δλ. Пологое отклонение между лучами на решетке голографического фильтра Δα = dσ _мин при dλ= Δλ , получают выражение для угла призмы θ , компенсирующей дисперсию в вышеуказанном смысле
⁼
Величина = определяется длинами волн света, излучаемых ЭЛТ, и частотой решетки голографического фильтра. Из формулы дифракции sinα= αλ следует, что ⁼ и преломляющий угол призмы для компенсации дисперсии света на фильтре находится из выражения
⁼
Излучение ЭЛТ, пройдя светофильтр 2, который отрезает боковые линии спектра излучения, попадает на голографический фильтр. Через фильтр проходит поток излучения, равный
Φ = Е_ф ˙ S_ф ˙η ,
где Е_ф - освещенность в плоскости фильтра;
S_ф - площадь фильтра;
η - дифракционная эффективность.

В том случае, когда весь световой поток, прошедший через голографический фильтр, собирается объективом 6, освещенность голограммы определяется как
E_ф = I_o/d₁²,
где I_о - сила света излучения ЭЛТ.

Площадь голограммы S_ф прямопропорциональна квадрату фокуса объектива при регистрации голограмм. Учитывая, что для согласования масштабов распознаваемого и эталонного изображений между d₁ и f₁ должна сохраняться пропорция (1), получают, что через фильтр проходит световой поток Φ пропорциональный выражению
Φ ~J · · η ,
т. е. увеличивая площадь голограммы путем увеличения фокуса Фурье-объектива записи голограмм, нельзя добиться увеличения потока света через фильтр, так как вынуждены увеличивать расстояние от ЭЛТ до голографического фильтра.

(56) Козик В. И. и др. Исследование характеристик голографического коррелятора, сопряженного с видеопроцессором. Автометрия, 1988, N 6, с. 99.

Изобретение относится к оптической вычислительной технике, в частности к оптической обработке информации. Цель - увеличение точности коррелятора. Распознаваемое изображение высвечивается на экране квазимонохроматической электронно-лучевой трубки 1, которое находится во входной плоскости коррелятора. Пройдя светофильтр 2, диафрагму 3 и голографический фильтр 4, изображение попадает на преломляющую призму 5, преломляющий угол которой выполнен в зависимости от частоты несущей решетки голографического фильтра и которая компенсирует расхождение дифрагированных на решетке голографического фильтра световых лучей разной длины волны. Проецирующий объектив 6 переносит сигналы на фотоприемник 7. Повышение разрешающей способности коррелятора за счет применения специально рассчитанной призмы приводит к повышению точности коррелятора, что ведет к повышению качества обработки изображения. 2 ил.

ГОЛОГРАФИЧЕСКИЙ КОРРЕЛЯТОР, содержащий последовательно расположенные по ходу светового луча квазимонохроматическую электронно-лучевую трубку, светофильтр, диафрагму, голографический фильтр, проецирующий объектив и фотоприемник, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, между голографическим фильтром и проецирующим объективом размещена преломляющая призма, при этом угол θ между преломляющими гранями преломляющей призмы выполнен в соответствии с выражением
Sin =
где ν - частота несущей регистки голографического фильтра;
λ - основная длина волны света, излучаемая ЭЛТ;
n - коэффициент преломления материала призмы на длине волны λ.