УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ Российский патент 2000 года по МПК H04N5/74 

Изобретение относится к области оптической обработки информации и может найти применение в голографии, вычислительной технике, а также в приборах функциональной микроэлектроники.

Известны различные типы современных фотографических оптических или оптико-электронных систем регистрации изображений: от фотокамер [1], регистрирующих изображения на нереверсивных фоточувствительных средах (фотопленках и т. п.) до видеокамер, преобразующих оптическое изображение в электронное, либо в аналоговом, либо в цифровом виде [2, 3, 4]. Несмотря на разнообразие типов современных камер и методов регистрации оптических изображений большинство из них объединяет единые принципы построения конструкций и регистрации изображений. Обобщающим является то, что в большинстве фотохимических (энергия поглощенного фотона изменяет химическую структуру вещества) и фотоэлектрических (фотон, взаимодействуя со средой, генерирует неравновесные носители заряда) процессов фотоны сначала взаимодействуют с электронами, вызывая их перераспределение. Различие заключается в способах хранения и дальнейшего преобразования изображения. Для получения качественных изображений как в фотохимических, так и в фотоэлектрических системах регистрации изображения используются экспонометрические устройства. Такие устройства, работающие по яркости сюжета, измеряют свет, отраженный от предмета, и формируют фотоэлектрический сигнал, который управляет системой автоматической регулировки уровня (АРУ) освещенности, экспозиции (произведение освещенности на время экспонирования), тока фотокатода (для передающих телевизионных камер) и т.п. Более того, оптико-электронные устройства автоматики современных фото- и видеокамер позволяют осуществить разнообразный сервис при регистрации изображений.

Простейшие устройства для регистрации изображений - фотокамеры [1] - содержат видоискатель, объектив, дальномер, диафрагму, фотозатвор шторный или центральный с устройством регулируемой выдержки и двумерную фоточувствительную среду. Последняя помещается в фокальной плоскости объектива в светонепроницаемой камере, в которой происходит экспонирование светом, прошедшим через объектив в течение времени, определенного выдержкой. Объектив и фотозатвор формируют кадровое окно (КО) в фокальной плоскости объектива. Изменением рабочего участка объектива наводится резкость изображения, проецируемого на фоточувствительную среду. Механизм, изменяющий положение объектива, снабженный шкалой, маркированной по расстоянию, выполняет функцию дальномера, т. е. позволяет контролировать фокусировку объектива. Видоискатель позволяет выбрать объект фотографирования и расположить его в кадре. В качестве видоискателя используется визирная рамка или простое телескопическое устройство, ограничивающее поле зрения вне зависимости от фокусировки объектива камеры. Обычно видоискатель является составной частью дальномера. Для регулирования продолжительности экспозиции используется затвор. Время, на которое открывается затвор, устанавливается с таким расчетом, чтобы обеспечить оптимальные условия экспонирования с учетом различной освещенности объекта съемки и различной светочувствительности фоторегистрирующих сред. Диафрагма позволяет изменять освещенность фоторегистрирующей среды в КО за счет изменения действующего отверстия объектива. Фотокамеры со встроенными фотоэкспонометрами позволяют устанавливать оптимальную экспозицию. На светочувствительный приемник экспонометра попадает часть света, проходящего через объектив. Величина фотоэлектрического сигнала, преобразованная электронной частью экспонометра, может служить индикатором или управляющим сигналом для автоматического изменения действующего отверстия объектива (регулирование апертуры) и скорости срабатывания затвора (выдержки). Таким образом, наличие фотоэкспонометра, электрически связанного с диафрагмой и (или) с устройством выдержки, обеспечивает оптико-электронную отрицательную обратную связь (ООС). Благодаря этому осуществляется АРУ экспозиции фоторегистрирующей среды при изменении освещенности от объекта.

Кроме экспонометров и систем АРУ все современные фотокамеры снабжены триггерингом (синхроконтактом) для подключения электронной импульсной лампы или фотовспышки, автоспуском, обеспечивающим срабатывание затвора с определенной задержкой, и ряд других автоматических электронных устройств, обеспечивающих полную автоматизацию процесса фоторегистрации изображений.

Наиболее популярные фотокамеры сконструированы так, что позволяют фокусировать и определять границы снимаемого кадра непосредственно через съемочный объектив (однообъективные зеркальные камеры). Свет от объекта проходит через объектив и отражается зеркалом на матовое стекло, где возникает изображение, идентичное изображению, которое появилось бы на фоторегистрирующей среде в отсутствие зеркала. Окуляр с пентапризмой обеспечивают прямое и зеркально неперевернутое изображение в плоскости фотоприемного устройства (глаза) при его переносе с матового стекла. При срабатывании затвора зеркало отклоняется, и проецируемое изображение регистрируется на фоточувствительной среде. В двухобъективных зеркальных камерах один из объективов служит как видоискатель и дальномер, формируя отдельный контрольный оптический канал для наводки на резкость и визирования кадра.

Другим типом камер являются фотокамеры с дальномером. В них для определения границ снимаемого кадра и для наводки на резкость используется не объектив, а оптический видоискатель, совмещенный с дальномером. Такие камеры не обеспечивают точного совпадения границ кадра на фоточувствительной среде и в видоискателе, более того, он не дает точного представления о том, что действительно регистрируется на фоточувствительной среде. Наличие параллакса (несовпадение центра поля зрения с центром регистрируемого изображения) приводит к ошибкам при фотографировании близлежащих объектов.

Недостатком фотографических оптических систем, построенных по принципу однообъективной или двухобъективной зеркальной фотокамеры, а также фотокамеры с дальномером, является принципиальная невозможность осуществлять фоторегистрацию и преобразование изображений в реальном масштабе времени на реверсивных фоторегистрирующих средах с распределенными параметрами.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому устройству является устройство для преобразования изображения [5], содержащее последовательно расположенные по направлению распространения записывающего света входной объектив, сине-зеленый светофильтр, светоделительный элемент, многослойную структуру, состоящую из входного электропроводящего слоя, диэлектрического слоя, высокоомного фотополупроводника (ФП), электрооптического кристалла (ЭОК) и выходного электропроводящего слоя, красный светофильтр, анализатор, выходной объектив и источник питания (ИП), первый и второй выходы которого соединены с входным и выходным электропроводящими слоями, при этом входной объектив и светоделительный элемент формируют в плоскости высокоомного ФП кадровое окно. В данном устройстве регистрация изображения осуществляется фотогенерацией носителей зарядов в слое высокоомного ФП активным для него светом, прошедшим через входной электропроводящий и диэлектрический слои, при приложении к входному и выходному электропроводящим слоям внешнего напряжения от источника питания. Регистрируемое изображение преобразуется и хранится в виде зарядового рельефа на границе фотополупроводник - диэлектрик и частично в объеме высокоомного ФП. При этом пространственное распределение и локальные концентрации фотогенерированных зарядов определяются пространственной модуляцией записывающего света (пространственным распределением яркостных градаций фотографируемого объекта). Вследствие пространственной модуляции фотопроводимости в объеме высокоомного ФП ранее приложенное к электропроводящим слоям и сконцентрированное, в основном, в слое высокоомного ФП внешнее напряжение перераспределяется со слоя высокоомного ФП на слой ЭОК. При достижении порогового значения напряжения в слое ЭОК на участках, соответствующих освещенным участкам высокоомного ФП, происходит частичное или даже полное разрушение текстурированной толщи ЭОК. Плоскополяризованный считывающий свет, проходящий через слой ЭОК на участках текстурированных разрушений, изменяет фазу поляризации. Модуляция считывающего света по фазе с помощью анализатора преобразуется в модуляцию по интенсивности, и зарегистрированное и преобразованное изображение передается в дальнейшие каналы его обработки.

Основными недостатками такого устройства являются: во-первых, малый динамический диапазон интенсивностей записывающего света; во-вторых, невозможность оперативного контроля фотоэлектрических (для фоточувствительного полупроводника) и электрооптических (для электрооптического кристалла) параметров в изготовленном устройстве с целью оптимизации режимов работы как по экспозиции записывающего света, так и по режиму питания; в-третьих, контроль и настройка резкости изображения и визирование кадра не позволяют осуществлять непрерывную во времени работу устройства, более того, требуют изменения оптической схемы.

Малый динамический диапазон освещенностей, а следовательно, экспозиций регистрируемых изображений, обусловлен высокой крутизной вольт-контрастных характеристик электрооптического (жидкого) кристалла [5, 6] и фиксируемой величиной напряжения питания. При этом тональность и интервал оптических плотностей преобразуемого изображения резко сжаты. Увеличение динамического диапазона экспозиции по шкале выдержек (варьируемое время экспонирования при постоянной освещенности [7]) влияет на динамические процессы цикла запись-считывание-стирание. При этом малые времена экспонирования ограничены кинетикой фотоотклика, а большие приводят к растеканию фотогенерированных зарядов и размыванию электронного рельефа изображения. Более того, длительная выдержка способствует нестационарным явлениям, приводящим к искажениям преобразуемого изображения.

Расширение динамического диапазона интенсивности записывающего света возможно опытным путем подбора оптимальных режимов питания при соответствующей градации яркости фотографируемого сюжета. Следовательно, любое изменение экспозиции записывающего света требует оперативного изменения режима питания (амплитуда, частота, форма электрических импульсов, их фазирование относительно начала фоторегистрации и т.д.) многослойной структуры. В данном устройстве это невозможно из-за отсутствия оптико-электронной ООС и системы АРУ как по экспозиции записывающего света, так и по питанию.

Технической задачей изобретения является расширение функциональных возможностей устройства для преобразования изображения: автоматическая регулировка уровня напряжения питания при изменении экспозиции записывающего света и, как следствие, расширение динамического диапазона интенсивности записывающего света; визуальный и количественный контроль за фотоэлектрическими в высокоомном ФП и модулирующими в ЭОК процессами; визирование кадра и настройка резкости записываемого изображения при непрерывном его преобразовании; оптико-электронный триггеринг.

Это достигается за счет выделенной светоделительным элементом доли записывающего света и образования дополнительной оптической оси, по которой формируется канал контроля с оптико-электронной ООС благодаря тому, что в устройство для преобразования изображения, содержащее последовательно расположенные по направлению распространения записывающего света входные объектив и светофильтр, светоделительный элемент, многослойную структуру, состоящую из входного электропроводящего слоя, диэлектрического слоя, высокоомного ФП, ЭОК и выходного электропроводящего слоя, выходной светофильтр, первый анализатор, выходной объектив и источник питания, первый и второй выходы которого соединены с входным и выходным электропроводящими слоями, введены последовательно расположенные по направлению распространения доли записывающего света, выделяемой светоделительным элементом, вогнутое зеркало, поляризатор, многослойная структура, содержащая входной электропроводящий слой, диэлектрический слой, высокоомный ФП, управляющий электрод, ЭОК и выходной электропроводящий слой, второй анализатор, окуляр и фотоприемное устройство, а также коммутатор, измеритель тока, автоматический регулятор уровня, подстроечный резистор и генератор импульсов. При этом, во-первых, входной объектив и светоделительный элемент формируют в плоскости высокоомного ФП по основной оптической оси КО, а по дополнительной оптической оси - поток доли записывающего света, сечение которого в пределах толщины многослойной структуры много меньше сечения кадрового окна; во-вторых, функционально идентичные компоненты многослойной структуры по кадровому окну и по сечению потока доли записывающего света выполнены сплошными планарно-непрерывными слоями и образуют единое целое, управляющий электрод выполнен в виде прозрачной площадки, планарные размеры которой много меньше размеров КО и равны сечению потока доли записывающего света в многослойной структуре, и расположен за пределами кадрового окна на поверхности высокоомного ФП со стороны ЭОК. Управляющий электрод соединен с первым выводом коммутатора, второй, третий, четвертый и пятый выводы которого соединены, соответственно, с первым входом измерителя токов, с входом автоматического регулятора уровня, выход которого соединен с первым входом источника питания, с третьим выходом источника питания и с подстроечным резистором, второй вывод которого заземлен, второй вход измерителя токов и первый выход источника питания соединены между собой и с входным электропроводящим слоем многослойной структуры, второй и третий входы ИП соединены, соответственно, с выходом генератора импульсов и с выходом фотоприемного устройства.

На чертеже представлены оптическая схема устройства для преобразования изображения и его электрическая схема подключения: 1 и 13 - входной и выходной объективы, 2 и 11 - входной и выходной светофильтры, 3 - светоделительный элемент, 4 и 10 - входной и выходной электропроводящие слои, 5 - диэлектрический слой, 6 - высокоомный фотополупроводник (ФП), 7 - области пространственного заряда (ОПЗ), 8 - кадровое окно, 9 - электрооптический кристалл (ЭОК), 12 и 16 - первый и второй анализаторы, 14 - фотоприемное устройство (ФПУ), 15 - окуляр, 17 - область управляющего электрода (выделена штриховой линией), 18 - управляющий электрод, 19 - поляризатор, 20 - вогнутое зеркало, 21 - коммутатор, 22 - измеритель тока (ИТ), 23 - автоматический регулятор уровня (АРУ), 24 - подстроечный резистор R^*, 25 - генератор импульсов (Г), 26 - источник питания (ИП).

Основная и дополнительная оптические оси параллельны. Многослойная структура, состоящая из компонентов 4-6, 9, 10 и 18, расположена ортогонально оптическим осям так, чтобы КО 8 (сечение потока E₀(x,y,δλ) записывающего света) вписывалось в планарные размеры компонентов 4-6, 9 и 10, а дополнительная оптическая ось пересекала центр управляющего электрода 18 (т.е., сечение потока e₀(x,y,δλ) доли записывающего света вписывалось в область 17). Форма управляющего электрода 18 может быть любой. При этом его площадь равна сечению интегрированного вогнутым зеркалом 20 потока доли e₀(x,y,δλ) записывающего света, распространяемого по дополнительной оптической оси в пределах суммарной толщины многослойной структуры. Более того, компоненты 4-6 и 9, 10 могут быть выполнены как сплошными планарно-непрерывными слоями по сечению потоков E₀(x,y, δλ) и e₀(x,y, δλ), так и раздельными по КО 8 и области 17 точечными (планарно-дискретными) слоями. При этом область управляющего электрода 17 всегда расположена за пределами КО. В первом случае функционально идентичные компоненты многослойных структур и их позиции на фигуре равнозначны. При раздельном планарно-дискретном выполнении многослойных структур возможно отдельное подключение входного и выходного электропроводящих слоев области 17 к дополнительному источнику питания. В любом случае все слои выполнены на единой пластине (подложке) высокоомного ФП и образуют единое целое с областью кадрового окна 8 и областью управляющего электрода 17. Такая многослойная структура представляет собой преобразователь изображения с МДП (компоненты 4-6) фоторегистрирующей частью и модулирующим свет электрооптическим (жидким) кристаллом 9. Поток e₀(x,y,δλ) может быть как сходящимся, так и коллимированным. В последнем случае между вогнутым зеркалом 20 и поляризатором 19 дополнительно вводится коллимирующая линза. Важно, чтобы вся доля записывающего света e₀(x,y,δλ;) (вся ее апертура) собиралась в малой области 17, ограниченной размерами управляющего электрода 18. Оптические элементы 1-3 и 11-13 и компоненты 4-6, 9 и 10 центрированы относительно основной оптической оси, образованной входным 1 и выходным 13 объективами. Оптические элементы 1-3, 14-16, 19 и 20 и компонент 18 центрированы относительно дополнительной оптической оси, образованной входным объективом 1 и окуляром 15. Фокальные плоскости входного 1 и выходного 13 объективов совмещены, соответственно, с плоскостью границы раздела фотополупроводник-диэлектрик и с плоскостью 9 ЭОК. Поскольку высокоомный ФП 6 и, в целом, многослойная структура имеют конечные размеры, то фокальные плоскости объективов 1 и 13 не совпадают. Входной светофильтр 2 предназначен для выделения из записывающего света E₀(x, y,Δλ) области δλ спектральной (сине-зеленой) фоточувствительности высокоомного ФП. Выходной светофильтр 11 (красный) предназначен для отсечения прямого записывающего δλ света и пропускания считывающего I₀((λ)) света на выходе устройства.

Входной объектив 1 и светоделительный элемент 3 формируют в ортогональной плоскости основной и дополнительной оптических осей апертуры соответственно: потока E₀(x,y,δλ) записывающего света, прошедшего через светоделительный элемент 3, и отраженного от его светоделительной плоскости потока e₀(x,y, δλ) доли записывающего света. На противоположную сторону светоделительной плоскости элемента 3 проецируется пространственно однородный считывающий свет I₀(λ) спектральный λ состав которого лежит в длинноволновой области за пределами спектральной чувствительности высокоомного ФП 6. При этом считывающий свет I₀ может быть как немонохроматическим и неполяризованным, так и монохроматическим, когерентным и плоскополяризованным. Элемент 3 объединяет: на основной оптической оси часть прошедшего записывающего E₀(x,y,δλ) света и часть отраженного от светоделительной плоскости считывающего I₀ (λ) света; на дополнительной оптической оси - часть отраженного e₀(x,y,δλ) записывающего света и часть прошедшего i₀(λ) считывающего света. Соотношения частей отраженного и прошедшего записывающего и считывающего света определяются оптическими свойствами светоделительной плоскости элемента 3. Совмещенные по основной оптической оси апертуры части прошедшего через элемент 3 записывающего E₀(x,y, δλ) и отраженного считывающего I₀(λ) света образуют КО 8. Использование в качестве светоделительного элемента 3 поляризационной призмы, например призмы Глана, позволяет, помимо вышеперечисленных функций, осуществлять линейную поляризацию света. В этом случае поляризатор 19 может отсутствовать. При синхронном анализе модулирующей фазы света электрооптическим 9 кристаллом по основной и дополнительной оптическим осям анализаторы 12 и 16 могут быть заменены одним общим анализатором большей площади.

Устройство для преобразования изображения работает по кадровому окну и по каналу контроля "на просвет" по следующему принципу.

В исходном состоянии при отсутствии записывающего света E₀(x,y,Δλ)=0 напряжение U≠0 с выходов от источника 26 питания, приложенное к входному 4 и выходному 10 электропроводящим слоям многослойной структуры, распределено по толщине слоев 5, 6 и 9 прямо пропорционально их комплексным сопротивлениям. Поскольку полное комплексное сопротивление МДП фоторегистрирующей части "в темноте" много больше комплексного сопротивления ЭОК, то все напряжение источника 26 питания сосредоточено на слоях 5 и 6. Напряжение на слое 9 ЭОК меньше порогового, и он "выключен". При использовании в качестве ЭОК нематического жидкого кристалла с твистированной на 90^o или супертвистированной на 270^o закруткой молекул в спираль и при поляризованном считывающем свете I₀λ ≠ 0 в плоскости фигуры и идентичной ориентации плоскости поляризации анализатора 12 на выходе объектива 13 считывающий свет отсутствует I(x,y, λ) = 0 либо его интенсивность минимальна и равномерна по КО. Аналогичный механизм вращения плоскости поляризации плоскополяризованного света осуществляется по каналу контроля с той лишь разницей, что и доля e₀(x,y, δλ) записывающего света и часть I₀(λ) считывающего света претерпевают идентичное воздействие. Поскольку в исходном состоянии записывающий свет E₀(x,y, Δλ)=0, следовательно, и его доля e₀(x,y, δλ)=0, то на выходе окуляра отсутствует любой свет: e(x,y,δλ) = i(λ) = 0, либо интенсивность части считывающего света (при его наличии) минимальна.

Запись изображения и формирование по каналу контроля оптико-электронной ООС осуществляется фотоактивным для высокоомного ФП 6 светом E₀(x,y,Δλ) = E₀(x,y,δλ)+e₀(x,y,δλ) ≠ 0 при приложении к многослойной структуре напряжения питания. Основная часть E₀(x,y,δλ) записывающего света проходит через светоделительный элемент 3, распространяясь далее по основной оптической оси сквозь входной электропроводящий 4 и диэлектрический 5 слои, и достигает высокоомного ФП 6 на участке КО 8. Выделенная светоделительным элементом 3 доля e₀(x,y,δλ) записывающего света, распространяясь по дополнительной оптической оси сквозь входной электропроводящий 4 и диэлектрический 5 слои, достигает высокоомного ФП 6 в области 17. При этом вогнутое зеркало 20 интегрирует потоки e₀(x,y,δλ) и i₀λ в область 17 управляющего электрода 18. Под действием записывающего света E₀(x,y,Δλ) в высокоомном ФП происходит фотогенерация неравновесных носителей заряда (НЗ) и формируются области 7 пространственного заряда (ОПЗ). Концентрация НЗ в ОПЗ по кадровому окну 8 определяется пространственной модуляцией интенсивности E₀(x,y,δλ) записывающего света. Неравномерная по толщине и КО фотогенерация НЗ (разные размеры ОПЗ) формирует в объеме 6 высокоомного ФП зарядовый рельеф. Концентрация фотогенерированных НЗ в толще 6 высокоомного ФП в области 17 пропорциональна интегральной (суммарной) интенсивности потока доли e₀(x,y,δλ) записывающего света, пространственно сосредоточенной в этой области. Фотогенерация зарядов приводит к перераспределению падений напряжения в засвеченных участках слоя высокоомного ФП (в ОПЗ) на соответствующие участки ЭОК. При достижении напряжения выше порогового значения происходит частичное или даже полное разрушение твистированной спиральной закрутки молекул ЭОК. При этом ЭОК по КО 8 пространственно промодулирован, а область 17 работает как светоклапанное устройство. То есть, при любой пространственной модуляции интенсивности E₀(x, y, Δλ)≠0 записывающего света и при интегральной интенсивности потока доли e₀(x,y,δλ)≠ 0 записывающего света, отличной от нуля, напряжение питания, приложенное к слоям 4 и 10, перераспределяется со слоя 6 высокоомного ФП на слой 9 ЭОК. Его твистированная структура разрушается и световой клапан открывается. Доля e₀(x,y,δλ) записывающего света и часть i₀(λ) прошедшего сквозь элемент 3 считывающего света с выхода второго анализатора 16 проецируются окуляром 15 на ФПУ 14. Определенные положения поляризатора 19 и анализатора 16, а также поляризационной призмы 3 относительно друг друга позволяют выделить на входе ФПУ 14 либо часть i(λ) считывающего света, либо долю e(x, y,δλ) записывающего света, либо одновременно и то и другое i(λ)+e(x,y,δλ) в определенных пропорциях.

Считывание скрытого изображения по КО 8 осуществляется плоскополяризованным и нефотоактивным для высокоомного ФП светом I₀(λ) в режиме "на просвет". Считывающий свет проходит через поляризующую призму 3 (светоделительный элемент), входной электропроводящий 4 и диэлектрический 5 слои, высокоомный ФП 6 без фотогенерации в нем НЗ, ЭОК 9 и выходной 10 электропроводящий слой. На выходе каждого участка ЭОК (каждой ОПЗ) считывающий свет промодулирован по фазе в соответствии с распределением падений напряжения по участкам площади, соответствующим распределению концентрации фотогенерированных НЗ. Модуляция считывающего света по фазе с помощью анализатора 12 преобразуется в модуляцию по интенсивности I(x,y,λ), и преобразованное изображение передается в дальнейшие каналы его обработки.

Работа устройства с каналом контроля и оптико-электронной ООС может быть осуществлена в нескольких режимах.

1. Нормальный режим работы устройства. Контакты 1 и 5 коммутатора 21 замкнуты. Область 17 с управляющим электродом 18 работает как светоклапанное устройство в режиме "на просвет". При отсутствии записывающего света E₀(x,y, Δλ)= 0 фотогенерация в области 17 между входным электропроводящим слоем 4 и управляющим электродом 18 не происходит. Система поляризатор 19 - твистированный участок ЭОК, ограниченный управляющим электродом 18 - анализатор 16 никакой свет не пропускает. При E₀(x, y,Δλ) фотогенерация НЗ приводит к перераспределению напряжения питания со слоев 5 и 6 на слой 9, и ЭОК "включается". Поскольку интенсивность e₀(x, y,δλ) интегрированного потока доли записывающего света концентрируется на малую часть высокоомного ФП в области 17 и может превышать интенсивность любого участка по КО 8, то фототок между первым выходом ИП 26 и управляющим электродом 18 шунтируется подстроечным R^* резистором 24. При определенных соотношениях интенсивностей записывающего света E₀(x,y,δλ) по кадровому окну 8 и его доли e₀(x,y,δλ), а также в зависимости от фотоэлектрических свойств высокоомного ФП подстроечный резистор 24 может отсутствовать. При наличии подстроечного резистора его величина R^* выбирается из расчета пороговой фоточувствительности по КО многослойной структуры. В этом случае изображение регистрируется с минимальной интенсивностью записывающего света, одновременно регистрируется ФПУ 14 прохождение интегрированного потока e(x,y,δλ) при x,y--->0 доли записывающего света. При расширенной апертуре x,y>0 интегрированного потока доли записывающего света на выходе окуляра 15 наблюдается изображение e₀(x,y,δλ), идентичное записываемому изображению E₀(x,y,δλ) в кадровом окне.

2. Режим АРУ интенсивности записывающего света по внутренней цепи ООС. Контакты 1 и 3 коммутатора 21 замкнуты. Напряжение питания многослойной структуры на выходах 1 и 2 источника 26 питания автоматически регулируется благодаря формированию оптико-электронной ООС, образованной в электрической цепи: управляющий 18 электрод, замкнутые 1 и 3 контакты коммутатора 21, автоматический регулятор 23 уровня и первый вход ИП. Увеличение интенсивности E₀(x, y, Δλ) записывающего света увеличивает фототок в цепи: входной электропроводящий 4 слой, диэлектрический 5 слой, высокоомный ФП 6 и управляющий 18 электрод. С ростом фототока АРУ 23 уменьшает напряжение питания на выходах 1 и 2 ИП. При уменьшении интенсивности записывающего света фототок уменьшается, АРУ 23 увеличивает напряжение на выходах 1 и 2 ИП. При этом ФПУ 14 может регистрировать динамический диапазон изменения интенсивности ΔE(x,y,Δλ) записывающего света. АРУ напряжения питания по интенсивности записывающего света может осуществляться и по внешней цепи за счет использования ФПУ 14 и формирования оптико-электронной ООС по входу 3 источника 26 питания. В этом случае управляющий электрод 18 в цепи ООС не задействован.

3. Режим контроля параметров ЭОК может осуществляться при наличии любого записывающего e₀(x, y,δλ) или считывающего i₀(λ) света, или их комбинации в определенных поляризатором 19 и анализатором 16 пропорциях. В этом случае включение напряжения с выхода 3 ИП, управляемого генератором 25 импульсов, между управляющим электродом 18 и выходным электропроводящим слоем 10 посредством замыкания контактов 1 и 4 коммутатора 21 позволяет модулировать любой плоскополяризованный свет, проходящий сквозь ЭОК в области 17. Этим осуществляется контроль параметров (быстродействие, контраст, и пороговое значение напряжения, необходимое для АРУ в соответствующем режиме работы устройства) электрооптического кристалла. Поскольку последний выполнен в виде планарно- непрерывного сплошного слоя многослойной структуры, то его модуляционные параметры и вольт-контрастные характеристики идентичны на любом участке слоя.

4. Режим контроля фотоэлектрических параметров фоторегистрирующей части многослойной структуры. Контакты 1 и 2 коммутатора 21 замкнуты. Фотоэлектрические процессы, происходящие в фоторегистрирующей части в области 17, ограниченной площадью управляющего электрода 18 и апертурой интегрированного потока e₀(x,y,δλ) доли записывающего света регистрируются измерителем 22 тока. Измеритель тока может регистрировать как постоянный фототок, так и кинетику фотоотклика при динамическом режиме работы устройства либо при питании импульсным напряжением, управляемым генератором 25 импульсов. Поскольку многослойная структура выполнена на единой пластине 6 ФП с планарно-непрерывными сплошными входным электропроводящим 4 и диэлектрическим 5 слоями, то фотоэлектрические процессы на любом участке фоторегистрирующего слоя, включая и область управляющего электрода, коррелируют между собой.

Комплексная количественная оценка измерителем тока кинетики отклика фототока, а фотоприемным устройством - кинетики электрооптического отклика позволяют оптимизировать режимы работы многослойной структуры как по интенсивности E₀(x, y, Δλ) записывающего света, так и по быстродействию, т.е. по частоте смены кадров записывающего света. Более того, по величине фототока может быть осуществлена оценка интенсивности записываемого света по кадру, т.е. функция экспонометра.

5. Режим оптико-электронного триггеринга. Оптико-электронная ООС позволяет использовать в качестве запускающего или останавливающего сигнала как внутренний фотоэлектрический сигнал по цепи управляющего электрода 18, так и внешний сигнал, поступающий с выхода ФПУ на вход 3 источника питания. При этом "светоклапанный" принцип работы области 17 осуществляет функции оптико-электронного триггера, который может иметь разные режимы срабатывания: превышение уровня; понижение ниже уровня; вход/выход в "окно", определяемое динамическим диапазоном уровней. Оптико-электронная ООС совместно с генератором импульсов может осуществлять режим задержки срабатывания оптико- электронного триггера. Этим можно отсечь нежелательные управляющие импульсы путем введения запрета на срабатывание триггера в течение определенного интервала времени.

Важно, что при любом режиме работы настройка (оптимизация параметров) устройства и преобразуемого изображения осуществляется за пределами КО и на значительно меньшей площади. Первое позволяет осуществлять непрерывную работу устройства без изменения оптической схемы для контроля и настройки параметров изображения по КО. Реализация второго не требует изменения конструктива многослойной структуры и может быть выполнена на любом ее периферийном участке. Более того, жесткая механическая связь многослойной структуры с отъюстированными относительно фокальных плоскостей выходным объективом 13 и окуляром 15 позволяет, изменяя рабочий отрезок вогнутого зеркала 20, следовательно, рабочий отрезок входного объектива 1, визуально на выходе окуляра 15 настраивать записываемое изображение на резкость. Благодаря этому может осуществляться фокусировка записываемого изображения в КО в плоскости высокоомного ФП. Таким образом, выделенная светоделительным элементом 3 доля e₀(x, y,δλ) записывающего света и сформированная элементами 1-3, 14-16, 19 и 20 и компонентами 4-6, 9, 10 и 18 многослойной структуры в канал контроля наряду с вышеуказанными функциями может выполнять функции видоискателя и дальномера, позволяющего контролировать фокусировку входного объектива.

Отличительными признаками заявленной совокупности являются: во-первых, создание канала контроля посредством выделения светоделительным элементом доли записывающего света и интеграции интенсивности ее потока на малую область управляющего электрода; во-вторых, образование по каналу контроля двойной оптико-электронной ООС с формированием электрических оптически управляемых сигналов: внутреннего - по цепи управляющего электрода и внешнего - за счет использования фотоприемного устройства, электрически связанного с источником питания.

Преимущество заявляемого устройства для преобразования изображений по сравнению с прототипом заключается в следующем: во-первых, увеличивается динамический диапазон интенсивности записывающего света благодаря образованию оптико-электронной ООС и автоматической регулировки уровня напряжения питания при изменении экспозиции записывающего света; во-вторых, расширяются функциональные возможности устройства: визуальный и количественный контроль за фотоэлектрическими в высокоомном фотополупроводнике и модулирующими в электрооптическом кристалле процессами, экспонометрические функции, визирование кадра и настройка резкости записываемого изображения при непрерывном его преобразовании, оптико-электронный триггеринг; в-третьих, режимы настройки устройства и преобразуемого изображения осуществляются за пределами кадрового окна и на значительно меньшей площади.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ:
1. Митчел Э. Фотография: Пер. с англ. - М.: Мир, 1988. (Аналог).

2. Катыс Г. П. Обработка визуальной информации. - М.: Машиностроение, 1990.

3. Быков Р.Е., Сигалов В.М., Эйссенгардт Г.А. Телевидение. - М.: Высшая школа, 1988.

4. Казанцев Г. Д., Курячий М.И., Пустынский И.Н. Измерительное телевидение. - М.: Высшая школа, 1994.

5. Васильев А. А. , Касасент Д., Компанец И.Н., Парфенов А.В. Пространственные модуляторы света. - М.: Радио и связь, 1987. (Прототип).

6. Блинов Л.М. Электро- и магнитооптика жидких кристаллов. - М.: Наука, 1978.

7. Августинович К.А. Основы фотографической метрологии. - М.: Легпромбытиздат, 1990.

Изобретение относится к области оптической обработки информации. Технический результат - создание канала контроля с оптико-электронной обратной отрицательной связью в устройстве со структурой МДП-ЭОК для преобразования изображения и осуществления автоматической регулировки уровня питающего напряжения при изменении экспозиции записывающего света. Это достигается за счет выделенной светоделительным элементом доли записывающего света, с помощью которой формируется канал контроля, содержащий последовательно расположенные по направлению распространения доли записывающего света вогнутое зеркало, поляризатор, многослойную МДП-ЭОК-структуру с управляющим электродом, анализатор, окуляр и фотоприемное устройство. При этом устройство выполнено в виде единой МДП-ЭОК-структуры с планарно-непрерывными слоями. Напряжение питания многослойной структуры автоматически регулируется оптически управляемым сигналом: внутренним - по цепи управляющего электрода и внешним - за счет использования фотоприемного устройства, электрически связанного с источником питания. 1 ил.

Устройство для преобразования изображения, содержащее последовательно расположенные по направлению распространения записывающего света входные объектив и светофильтр, светоделительный элемент, многослойную структуру, состоящую из входного электропроводящего слоя, диэлектрического слоя, высокоомного фотополупроводника, электрооптического кристалла и выходного электропроводящего слоя, выходной светофильтр, первый анализатор, выходной объектив и источник питания, первый и второй выходы которого соединены с входным и выходными электропроводящими слоями, при этом входной объектив и светоделительный элемент формируют в плоскости высокоомного фотополупроводника кадровое окно, отличающееся тем, что введены последовательно расположенные по направлению распространения доли записывающего света, выделяемой светоделительным элементом, вогнутое зеркало, поляризатор, многослойная структура, содержащая входной электропроводящий слой, диэлектрический слой, высокоомный фотополупроводник, управляющий электрод, электрооптический кристалл и выходной электропроводящий слой, при этом функционально идентичные компоненты многослойной структуры по кадровому окну и по сечению потока доли записывающего света выполнены в виде сплошных планарно-непрерывных слоев и образуют единое целое, управляющий электрод выполнен в виде прозрачной площадки, планарные размеры которой равны сечению потока доли записывающего света, и расположен за пределами
кадрового окна на поверхности высокоомного фотополупроводника со стороны электрооптического кристалла, второй анализатор, окуляр, фотоприемное устройство, коммутатор, измеритель тока, автоматический регулятор уровня, подстроечный резистор и генератор импульсов, при этом управляющий электрод соединен с первым выводом коммутатора, второй - пятый выводы которого соединены соответственно с первым входом измерителя токов, с входом автоматического регулятора уровня, выход которого соединен с первым входом источника питания, с третьим выходом источника питания и с подстроечным резистором, второй выход которого заземлен, второй вход измерителя токов и первый выход источника питания соединены между собой и с входным электропроводящим слоем многослойной структуры, второй и третий входы источника питания - соответственно с выходом генератора импульсов и с выходом фотоприемного устройства.