ОПТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ С НЕЖЕСТКОЙ ВЗАИМОСВЯЗЬЮ, ПЕРЕКРЫВАНИЕМ И БЕЗ ОБРАТНОЙ СВЯЗИ ДЛЯ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ ФИЛЬТРАЦИИ ОПТИЧЕСКИХ СТРУКТУР ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ФУРЬЕ И ОХАРАКТЕРИЗОВАНИЯ СОДЕРЖИМОГО ФОРМЫ Российский патент 2013 года по МПК G06K9/58 

Область техники

Это изобретение относится к обработке оптических изображений.

Уровень техники

Существуют ситуации, когда полезная информация может быть извлечена из пространственно распределенных частей световых лучей. В частности, когда изображение переносится или распространяется световым лучом, может оказаться полезным сбор и использование или анализ информации из конкретной части изображения, например из конкретной части поперечного сечения луча, который переносит изображение. Например, в патентах США №№ 6678411 и 7103223, принадлежащих автору настоящего изобретения, которые этим упоминанием включены в текст данного описания, узкие радиально ориентированные участки преобразования Фурье, выполненного для изображения, захватывают и обнаруживают в пространственном домене, а также используют для охарактеризования и кодирования изображений по форме для их хранения, поиска и извлечения. Как рассмотрено в этих патентах, такие радиально ориентированные, отстоящие друг от друга в радиальном или угловом направлении порции световой энергии от преобразования Фурье (т.е. домена преобразования Фурье) для изображения захватывают последовательно в пространственном домене, и такие порции световой энергии, обнаруженные в пространственном домене, характеризуют части содержимого изображения, которые в общем случае имеют линейное расположение под тем же углом, что и щель во вращающейся маске при обнаружении световой энергии. Эти системы достаточно хорошо выполняют охарактеризование и кодирование изображений по содержимому формы этих изображений, но все еще обладают некоторыми недостатками, доставляющими неприятности. Например, оптические системы являются достаточно жесткими и обладают небольшой свободой или почти не допускают отклонений от идеала в существующих в реальности оптических компонентах или во взаимном выборе и размещении таких компонентов, что приводит к появлению присущих им недостатков, которые не дают получить результат желаемого качества и накладывают ограничения на общий размер, оптическое расположение и компоновку.

Краткое описание чертежей

Сопровождающие чертежи, которые включены в данное описание и являются его частью, иллюстрируют некоторые, но не единственные или исключительные примерные варианты реализации и/или отличительные особенности настоящего изобретения. Подразумевается, что приведенные здесь примеры и чертежи должны восприниматься как иллюстративные и не накладывающие ограничений.

На чертежах:

Фиг.1 - структурная схема характеризатора оптических изображений, которая иллюстрирует применение примерной оптической системы с нежесткой взаимосвязью и без обратной связи, соответствующей настоящему изобретению, для охарактеризования и кодирования оптических изображений по содержимому формы, чтобы продемонстрировать на основе примера ее конструкцию и функциональные возможности;

Фиг.2 - структурная схема упрощенной версии примерной оптической системы, используемая для рассмотрения ее базовых оптических подсистем и компонентов;

Фиг.3 - структурная схема примерного варианта воплощения на практике оптической системы, предназначенной для снижения до минимума или устранения размывания изображения;

Фиг.4 - общий вид примерного варианта воплощения на практике оптической системы, соответствующей настоящему изобретению;

Фиг.5 - вид в изометрии примерного устройства для пространственной модуляции света, которое может быть использовано как компонент пространственного фильтра в этом изобретении и изображено с лучом света, сфокусированным на светомодулирующих компонентах в активной оптической зоне этого устройства;

Фиг.6 - вид спереди светомодулирующих компонентов в активной оптической зоне устройства - пространственного модулятора света, выполняющего пространственную фильтрацию, которые имеют форму сегментированных модулирующих секторов, расположенных таким образом, чтобы они проходили в радиальном направлении под различными углами относительно центральной оси;

Фиг.7 - вид спереди в увеличенном масштабе одного сектора активных светомодулирующих компонентов устройства - пространственного модулятора света;

Фиг.8 - поперечное сечение части активного оптического сектора пространственного модулятора света, предназначенного для пространственной фильтрации, по линии 8-8, показанной на Фиг.7;

Фиг.9а-Фиг.9с представляют собой примерное изображение в пространственном домене, содержащее большие квадраты, которое оптически фильтруют в домене преобразования Фурье, чтобы получить примерные изображения в пространственном домене вертикального и горизонтального содержимого формы с низкой пространственной частотой;

Фиг.10а-Фиг.10с представляют собой примерное изображение в пространственном домене, содержащее небольшие квадраты, которое оптически фильтруют в домене преобразования Фурье, чтобы получить примерные изображения в пространственном домене вертикального и горизонтального содержимого формы с высокой пространственной частотой;

На Фиг.11 приведено пустое изображение в пространственном домене, возникающее в результате активации сегмента или сектора в плоскости преобразования Фурье, в котором отсутствует падающий свет и поэтому отсутствует содержимое формы;

На Фиг.12 приведен активный оптический сегментированный сектор примерного сегментированного радиального пространственного модулятора света, чтобы облегчить объяснение пространственной оптической фильтрации примерных изображений, показанных на Фиг.9а-Фиг.9с и Фиг.10а-Фиг.10с;

Фиг.13а-Фиг.13с включают схематично показанные виды спереди активных светомодулирующих компонентов примерного фильтрующего устройства - пространственного модулятора света, чтобы проиллюстрировать использование внешнего сегмента вертикально расположенного сектора светомодулирующих компонентов вместе со схематично показанными видами примерного характеризуемого изображения и получаемой в результате обнаруживаемой оптической структуры, характеризующей некоторую часть вертикально расположенного содержимого формы изображения;

Фиг.14а-Фиг.14с включают схематично показанные виды спереди, аналогичные Фиг.13а-Фиг.13с, но иллюстрирующие использование ближайшего к внутреннему сегменту вертикального сектора;

Фиг.15а-Фиг.15с включают схематично показанные виды спереди, аналогичные Фиг.13а-Фиг.13с, но иллюстрирующие использование ближайшего к внешнему сегменту активного оптического сектора, который расположен под углом 45° к вертикали;

Фиг.16а-Фиг.16с включают схематично показанные виды спереди, аналогичные Фиг.13а-Фиг.13с, но иллюстрирующие использование внешнего сегмента горизонтально расположенного активного оптического сектора;

Фиг.17а-Фиг.17с включают схематично показанные виды спереди, аналогичные Фиг.13а-Фиг.13с, но иллюстрирующие использование внешнего сегмента активного оптического сектора, который расположен под углом 191,25° к вертикали;

Фиг.18 - схематично показанный вид спереди, аналогичный Фиг.13а, но иллюстрирующий другое примерное устройство - пространственный модулятор света, в котором активные оптические сегменты имеют прямоугольную, а не клиновидную форму;

Фиг.19 - схематично показанный вид спереди другого примерного устройства - пространственного модулятора света, в котором группы индивидуально адресуемых световых датчиков, размещенных в пиксельную матрицу, могут быть активированы одновременно в тех положениях, которые имитируют секторы или сегменты секторов, чтобы выполнить угловой и/или пространственный анализ светового луча для охарактеризования изображения по содержимому формы, и который предназначен для использования его как компонента - пространственного фильтра в оптической системе, соответствующей настоящему изобретению; и

Фиг.20 - поперечное сечение, аналогичное Фиг.8, но иллюстрирующее модификацию, в которой модулированный световой луч проходит через сегментированный радиальный пространственный модулятор света (вместо его отражения этим модулятором), согласно настоящему изобретению.

Подробное описание примерных вариантов реализации

На Фиг.1 в качестве примера воплощения и использования на практике оптической системы 800 с нежесткой взаимосвязью, перекрыванием и без обратной связи изображена система 10 для охарактеризования, кодирования и хранения изображений на основе содержимого формы таких изображений. В этой примерной системе 10 охарактеризования, кодирования и хранения изображений может быть охарактеризовано и закодировано любое число n изображений 12, 14, …, n по содержимому формы в таких изображениях, такая кодированная информация о форме из каждого изображения может быть сохранена, например, в базе 102 данных для последующего поиска, извлечения и сравнения с содержимым формы других изображений, которые охарактеризовывают и кодируют таким же образом. Чтобы система 800 с нежесткой взаимосвязью, перекрыванием и без обратной связи стала понятнее, имеет смысл описать эту примерную систему 10 охарактеризования, кодирования и хранения изображений.

Изображения 12, 14, …, n могут иметь практически любую форму, например представлять собой видимые изображения на фотографиях, пленках, рисунках, графику, произвольные структуры, упорядоченные структуры или тому подобное. Кроме того, они могут храниться и/или генерироваться в цифровых или аналоговых форматах либо создаваться на их основе. Такие изображения могут иметь содержимое, несущее определенную смысловую нагрузку при их восприятии людьми, либо они могут казаться бессмысленными, или люди не могут их интерпретировать, но они характеризуют некоторое другое содержимое, например музыку, звуки, текст, компьютерную программу и т.п. По сути, любая оптическая структура из разных уровней световой энергии, которая может быть продемонстрирована или отображена с использованием распознаваемого содержимого формы, может быть охарактеризована и закодирована с использованием системы 10.

Изображение-образец 12, которое может быть получено из любого источника (например, сети Интернет, электронной базы данных, веб-сайта, библиотеки, сканера, фотографии, кинопленки, изображения на радаре, электронной фото- или видеокамеры и других источников), вводится в характеризатор 10 формы оптических изображений, как более подробно буде описано ниже. Произвольное число n других изображений-образцов 14,…, n показано на Фиг.1 построенным в очередь для последовательного ввода в характеризатор 10 оптических изображений. Ввод произвольного числа n таких последовательных изображений 12, 14,…, n может осуществляться вручную или, в предпочтительном случае, в автоматическом режиме, например, при помощи механического устройства подачи, генератора компьютерных изображений, кинопроектора, электронной фото- или видеокамеры, голограммы или тому подобного. Предполагается, что компьютер 20 на Фиг.1 символизирует любое устройство или систему, позволяющие выстраивать в очередь и перемещать изображения 12, 14,…, n в систему 10 характеризатора изображений. Примерное изображение 12 автомобиля, выведенное на видеомонитор 22, представляет и символизирует любое изображение, которое обрабатывается с целью охарактеризования и кодирования его содержимого формы в этой системе 10, хотя необходимо понимать, что такой вывод обрабатываемого изображения не является существенной особенностью данного изобретения. В приведенном далее описании, по большей части, производится ссылка только на первое изображение 12 для удобства и простоты, но при понимании того, что оно применимо также к любому изображению 12, 14, …, n и т.д.

В примерной системе 10, изображенной на Фиг.1, изображение 12 устанавливают в системе 10 характеризатора оптических изображений в плоскости 10 изображений, которая на Фиг.1 перпендикулярна плоскости чертежа. Однако чтобы облегчить рассмотрение, иллюстрацию и понимание изобретения, изображения 12, 14,…, n также показаны на Фиг.1 в пунктирных линиях в плоскости чертежа, т.е. плоскости бумаги. Кроме того, такое же соглашение используется при проецировании изображения 12', созданного E-SLM 26, оптической структуры 32 преобразования Фурье, активной оптической зоны 54 фильтрующего пространственного модулятора света (SLM₂) 50, обособленной и фильтрованной оптической структуры 60 и сетки 82 детектора из их соответствующих плоскостей, перпендикулярных плоскости бумаги, в целях рассмотрения, иллюстрации и понимания. Эти компоненты и их функции в системе 10 характеризатора изображений более подробно будут описаны ниже.

Как упомянуто выше, изображение 12 может вводиться в систему 10 характеризатора оптических изображений компьютером 20 и электронно адресуемым пространственным модулятором (E-SLM) 26 света, который создает монохроматическую версию 12' изображения 12, как будет более подробно описано ниже. Световой луч 25, падающий на SLM₁ 26, кроме того, попиксельно подвергается дифракции. Жидкокристаллический материал в создающем изображение SLM₁ 26 формирует оптическую структуру 32 преобразования Фурье (FT), которая уникальна для изображения 12', в плоскости 33 преобразования Фурье (FT), где луч 25, 27 фокусируется в точку 31 линзами 30а и 30b. Даже несмотря на то что оно не может восприниматься человеческим глазом и мозгом как изображение 12', комплексное распределение амплитуд световой энергии 34 в оптической структуре 32 представляет собой преобразование Фурье комплексного распределения света в изображении 12', которое может быть охарактеризовано интенсивностями (т.е. амплитудами) световой энергии, пространственно распределенной по оптической структуре 32. Разумеется, специалистам в данной области техники также будет очевидно, что E-SLM представляет собой всего лишь одно из ряда хорошо известных устройств, включая (но не ограничиваясь) оптически адресуемые пространственные модуляторы света, которые могут создавать изображение 12' в монохроматическом подвергнутом дифракции свете, и данное изобретение не ограничивается этим конкретным примером.

Концентрации значительной световой энергии в оптической структуре 32 преобразования Фурье (FT) в плоскости 33 преобразования Фурье в общем соответствует пространственным частотам изображения 12', т.е. тому, в какой степени изменяются или остаются неизменными близкие или удаленные друг от друга особенности в изображении 12'. Другими словами, пространственные частоты также проявляются в том, в какой степени изменяются или остаются неизменными близкие или удаленные друг от друга интенсивности световой энергии в луче 27 света. Например, рубашка из ткани в клетку, т.е. имеющая множество маленьких квадратов, на изображении (не показано), будет обладать более высокой пространственной частотой, т.е. изменениями на единицу расстояния, чем одноцветная рубашка (не показана) на изображении. Аналогичным образом, участки изображения, такие как части 35 бампера и решетки радиатора примерного автомобиля в изображении 12', будут иметь более высокую пространственную частоту, чем участок боковой панели 36 в изображении 12' автомобиля, так как части 35 бампера и решетки радиатора содержат множество маленьких элементов с различными краями, изгибами и другими замысловатыми изменениями в пределах небольшого пространственного расстояния, в то время как боковая панель 36 является достаточно гладкой и однородной на большом пространственном расстоянии. Световая энергия от более мелких и резких деталей изображения (большая пространственная частота), таких как более замысловатые части 35 бампера и решетки радиатора в изображении 12', как правило, рассеивается в радиальном направлении дальше от оптического центра или оси 40 в изображении 32, прошедшем преобразование Фурье, чем световая энергия от более крупных или не имеющих узора деталей изображения (меньшая пространственная частота), таких как боковая панель 36 на изображении 12'. Амплитуда световой энергии 34, рассеянной в радиальном направлении дальше от центра в оптической структуре 32 преобразования Фурье, связана со световой энергией соответствующих участков оптической структуры изображений 12', от которых такая световая энергия исходит, за исключением того, что такая энергия концентрируется в зоны или полосы 34 в плоскости 33 оптической структуры 32 преобразования Фурье (FT), т.е. в полосы значительной световой энергии, отделенные полосами с небольшой энергией или без энергии, что происходит в результате усиливающей или ослабляющей интерференции подвергнутого дифракции света. Если участки изображения 12' с высокой пространственной частотой, такие как участок 35 бампера и решетки радиатора, являются яркими, то интенсивность или амплитуда световой энергии от этих участков изображения 12' с высокой пространственной частотой, которые распределены в более удаленные в радиальном направлении полосы световой энергии 34 в оптической структуре 32 преобразования Фурье, будет выше, т.е. будет выше яркость. С другой стороны, если участки оптической структуры изображения 12' с высокой пространственной частотой являются тусклыми, то интенсивность или амплитуда световой энергии от этих участков оптической структуры изображения 12' с высокой пространственной частотой, которые распределены в более удаленные в радиальном направлении полосы световой энергии 34 в оптической структуре 32 преобразования Фурье, будет ниже, т.е. яркость не будет столь высокой. Аналогичным образом, если участки оптической структуры изображения 12' с низкой пространственной частотой, такие как участок 36 боковой панели, являются яркими, то интенсивность или амплитуда световой энергии от этих участков оптической структуры изображения 12' с низкой пространственной частотой, которые распределены FT-линзой в менее удаленные в радиальном направлении полосы световой энергии 34 в оптической структуре 32 преобразования Фурье (т.е. ближе к оптической оси 40), будет выше, т.е. будет выше яркость. Однако если участки оптической структуры изображения 12' с низкой пространственной частотой являются тусклыми, то интенсивность или амплитуда световой энергии от этих участков оптической структуры изображения 12' с низкой пространственной частотой, которые распределены FT-линзой 30 в менее удаленные в радиальном направлении полосы световой энергии 34 в оптической структуре 32 преобразования Фурье, будет ниже, т.е. яркость не будет столь высокой.

Если говорить в общем, оптическая структура 32 преобразования Фурье для света, исходящего от изображения 12': уникальна для изображения 12'; содержит зоны или полосы с концентрацией световой энергии, распределенные в радиальном направлении от центра или оптической оси 40, которые представляют пространственные частоты, т.е. мелкость деталей, в изображении 12'; интенсивность или амплитуды световой энергии 34 в каждой зоне или полосе пространственной частоты в оптической структуре 32 преобразования Фурье соответствует яркости или интенсивности световой энергии, исходящей от соответствующих мелких или крупных особенностей изображения 12'; и интенсивность и пространственное положение такой световой энергии 34 в зонах или полосах оптической структуры 32 преобразования Фурье можно обнаружить при помощи данной системы 10 характеризатора оптических изображений.

Так как система 10 характеризатора оптических изображений, предлагаемая данным изобретением, создана с целью охарактеризования изображения 12 по формам, которые его составляют, то, чтобы обнаружить и захватить световую энергию, исходящую от более мелких или более резких деталей или частей таких более мелких или более резких деталей в изображении 12', которые имеют линейное расположение под различными конкретными углами, используется дополнительная секторизованная пространственная фильтрация структуры 32 световой энергии, полученной при преобразовании Фурье. Такая секторизованная пространственная фильтрация может выполняться любым из ряда разных способов, как будет более подробно рассмотрено ниже, но примерный секторизованный пространственный фильтр для реализации этой функции включен в состав из сегментированного радиального устройства - пространственного модулятора (SLM₁) 50 света, которое описано в патенте США № 7103223, вместе с поляризатором или поляризационным анализатором 70. По сути, сегментированное радиальное устройство SLM₁ 50 поворачивает плоскость поляризации выбранных участков секторов оптической структуры 32 преобразования Фурье из р-плоскости поляризации в s-плоскость или наоборот, а поляризатор/анализатор 70 отделяет световую энергию тех областей луча 27, которые обособлены и поляризованы в одной плоскости, от световой энергии оставшейся части оптической структуры 32 преобразования Фурье, которая остается поляризованной в другой плоскости, в результате чего такую световую энергию выбранных и обособленных участков можно обнаружить отдельно в детекторе 80, как более подробно будет описано ниже. Для секторизованного пространственного фильтра 50 в примерной оптической системе 800 также могла бы использоваться вращающаяся маска с радиальным пазом (не показана), например описанная в патенте США № 6678411.

В характеризаторе 10 оптических изображений, изображенном на Фиг.1, изображение 12 должно быть воссоздано с использованием монохроматической когерентной световой энергии, например, в изображении 12'. Например, монохроматическое изображение 12' может быть повторно создано с использованием пространственного модулятора (SLM₁) 26 света, освещенного лучом монохроматического света 24 от источника 23, такого как лазерный диод или газонаполненный диод. Пространственный модулятор (SLM₁) 26 света может быть оптически адресуемым (O-SLM), например, как описанный в патенте США № 6678411, либо он может быть электрически адресуемым (E-SLM) и приводиться в действие, например, компьютером 20, показанным на Фиг.1, либо видеокамерой (не показана). Как известно специалистам в данной области техники, пространственный модулятор света (SLM) может "записывать" изображение в поляризованный луч 25 света за счет поворота или частичного поворота плоскости поляризации света на пространственной основе в поперечном направлении луча 25, в результате чего при отражении в качестве луча 27 он либо пропускается поляризатором 116, либо блокируется им в зависимости от того, что требуется для создания изображения 12' в монохроматическом свете. В оптически адресуемом SLM (не показан) плоскость изображения адресуется на пространственной основе энергией света, падающего на полупроводниковый материал, расположенный рядом с материалом, поворачивающим плоскость поляризации (обычно жидкокристаллический материал), в то время как в электрически адресуемом SLM 26 жидкокристаллический материал, поворачивающий плоскость поляризации, адресуется электрически на попиксельной основе. Плоскость поляризации пиксельных участков поляризованного света поворачивается на 45 градусов при их однократном прохождении через жидкокристаллический материал, после чего такой свет отражается и проходит обратно через жидкий кристалл, где он поворачивается на следующие 45 градусов. Таким образом, пиксели света в поляризованном луче 25, плоскость поляризации которых повернута в SLM₁ 26, отражаются и выходят из SLM₁ 26 по оптическому пути 27, имеющему оптическую ось 40, в структуре, наложенной SLM₁ 26, которая формирует изображение 12', и их плоскость поляризации повернута на 90 градусов относительно плоскости поляризации падающего луча 25. Оставшиеся пиксели света в выходящем луче 27, которые не подверглись повороту плоскости поляризации, также отражаются, но они могут быть отделены или отрезаны от тех, которые подверглись повороту плоскости поляризации, как будет рассмотрено ниже. Различные уровни интенсивности света или яркости в изображении 12 могут быть воссозданы в серой шкале в монохроматическом изображении 12' за счет частичных поворотов плоскости поляризации на попиксельной основе.

В примерном варианте реализации настоящего изобретения, показанном на Фиг.1, монохроматический когерентный световой луч 24 от лазерного источника 23 обеспечивает световую энергию, которая используется для несения содержимого формы изображения 12' с целью последующего анализа, охарактеризования и кодирования. Он может быть уже поляризован встроенной оптикой лазерного источника 23. По желанию или при необходимости поляризация исходной части 24 луча может быть исправлена или задана за счет пропускания его через необязательный поляризатор 28, чтобы обеспечить поляризованный луч когерентного света 25, где весь свет поляризован в одной плоскости, например, но не ограничиваясь этим, в s-плоскости, как указано ссылочным номером 25(s). Разумеется, исходная часть 25 луча могла бы быть р-поляризованной вместо s-поляризованной, чтобы воплотить это изобретение на практике с изменением на противоположные примерных плоскостей поляризации, изображенных на Фиг.1 и здесь описанных, что будет работать так же хорошо. Таким образом, хотя примерная оптическая система 800 для удобства описана с конкретной последовательностью s- и р-поляризаций, обратные или противоположные поляризации считаются эквивалентными. Можно предусмотреть необязательные спектральные зеркала 802 и 804, чтобы направить луч 24 от лазерного источника 23 по удобному оптическому пути.

Фокусирующие линзы 30а и 30b, необязательный поляризатор 28, создающий изображение SLM₁ 26, поляризатор/анализатор 116, необязательное средство 118 поворота плоскости поляризации и секторизованный пространственный фильтр 50 составляют первую оптическую подсистему 810 с перекрыванием, которая создает структуру 32 преобразования Фурье для монохроматического изображения 12', как более подробно будет описано ниже. Проецирующие линзы 78а и 78b, поляризатор/анализатор 70 и детектор 80 составляют вторую оптическую подсистему 820 с перекрыванием, которая проецирует секторизованное, пространственно отфильтрованное изображение 60 для его обнаружения, как будет более подробно описано ниже. Кроме того, может также быть предусмотрено необязательное спектральное зеркало 804, чтобы сделать вторую оптическую подсистему 820 с перекрыванием более компактной.

Как упомянуто выше, фокусирующие линзы 30а и 30b предусмотрены для фокусировки поляризованных монохроматических когерентных частей 25, 27 луча в пятно, т.е. фокальную точку 31, на секторизованном пространственном фильтре 50, в результате чего структура 32 преобразования Фурье образуется в плоскости преобразования Фурье, содержащей фокальную точку 31, но эта плоскость в одном из примерных вариантов реализации настоящего изобретения расположена под углом к фокальной плоскости 33, чтобы предотвратить обратную связь, которая размыла бы или ухудшила структуру преобразования Фурье и фильтрованное пространственное изображение в детекторе 80, как более подробно будет описано ниже. Как также упомянуто выше, в дальнейшем описании для удобства будет использоваться часть 25 луча, падающая на создающий изображение SLM₁ 26, которая обозначена как поляризованная в плоскости s, т.е. s-поляризованный, хотя она точно так же может быть р-поляризованной. Функция фокусировки, выполняемая линзами 30а и 30b, также может быть реализована с использованием одной линзы или любой комбинации линз, как очевидно специалистам в данной области техники, и любая подобная отличающаяся фокусирующая система, которая фокусирует части 25, 27 луча в точку на выполняющем пространственную фильтрацию SLM₂, считается эквивалентной. Если используется необязательный поляризатор 28, который размещен между двумя фокусирующим линзами 30а и 30b, как показано на Фиг.1, первая линза 30а может быть выполнена такой формы и размещена таким образом, чтобы коллимировать часть 24 луча между двумя линзами 30а и 30b с целью снижения до минимума или предотвращения неодинаковости длин пути и других неблагоприятных эффектов в поляризаторе 28, особенно если часть 24 луча имеет расходящуюся форму, как будет рассмотрено ниже.

Как упомянуто выше, существует множество способов "записи" изображений 12, 14,…, n в световой луч, один из которых - с использованием электронно адресуемого SLM. В этом примере в компьютере 20 находится оцифрованное содержимое изображения 12, поэтому компьютер 20 может передавать цифровые сигналы по линии 21 в электронно адресуемый SLM₁ 26 таким образом, что в электронно адресуемом SLM₁ 26 адресуются и активируются определенные пиксели для "записи" изображения 12' в отраженный световой луч 27(р), что понятно специалистам в данной области техники. По сути, адресуемые пиксели поворачивают плоскость поляризации на 90 градусов из s-плоскости падающего луча 25(s) в р-плоскость отраженного луча 27(р) либо в несколько меньшей степени для серых шкал таким образом, что в монохроматической оптической структуре изображения 12' находится отраженная световая энергия с частичным или полным 90-градусным поворотом плоскости поляризации. Разумеется, специалистам в данной области техники также будет понятно, что изображение 12', кроме того, могло бы быть создано с использованием электронно адресуемого SLM₁ 26, который работает обратным образом, т.е. плоскость поляризации поворачивается в отраженном свете за исключением тех положений, где пиксели активированы, в этом случае компьютер 20 будет программироваться на активацию пикселей в соответствии с негативом изображения 12, чтобы записать изображение 12' в часть 27 отраженного луча. Как бы то ни было, появляющаяся часть 27 луча когерентного света, несущая изображение 12', является р-поляризованной вместо s-поляризованной, или наоборот. Следовательно, в этом примере монохроматическая часть 27(р) светового луча, световая энергия которой распределена в оптической структуре, которая образует монохроматическое изображение 12', пропускается поляризатором/анализатором 116 в секторизованный пространственный фильтр 50 и далее вместо поглощения или отражения им.

Как понимают специалисты в данной области техники, ориентация поляризации света должна совпадать с поляризацией создающего изображение SLM₁ 26, чтобы создающий изображение SLM₁ 26 работал эффективным образом. Если оптика в лазерном источнике 23 не обеспечивает регулирования плоскости поляризации, такое совпадение может быть осуществлено путем поворота лазерного источника 23 в целом вокруг его продольной оси либо в части 24 или 25 луча перед создающим изображение SLM₁ 26 может быть размещен необязательный компонент - средство поворота плоскости поляризации, например полуволновая фазовая пластина (не показана), и повернут в соответствующей степени, чтобы достичь требуемого положения плоскости поляризации.

Поляризатор/анализатор 116 может представлять собой любое устройство, которое отделяет p-поляризованный свет от s-поляризованного света или наоборот. Такие устройства хорошо известны, и это может быть, например, поглощающий поляризатор 116, как показано на Фиг.1, который пропускает р-поляризованный свет и поглощает и, таким образом, блокирует s-поляризованный свет. Другим подходящим примером поляризатора/анализатора могла бы быть поляризующая светоделительная пластина, которая может пропускать р-поляризованный свет в одном направлении и отражать s-поляризованный свет в другом направлении или наоборот. Результатом, как показано на Фиг.1, является то, что часть 27 луча после поляризатора/анализатора 116 содержит только р-поляризованный свет, который обозначен как 27(р).

Как показано на Фиг.1, входящая часть 25(s) луча имеет угол падения α к проходящей по нормали оптической оси 808 SLM₁ 26, в результате чего отраженный луч 27 также имеет угол падения α к проходящей по нормали оптической оси 808. Эта особенность не является существенной, но выгодным образом предотвращает нежелательную псевдо-р обратную связь, возникающую из-за непреднамеренного отражения s-поляризованного света поляризатором/анализатором 116, что могло бы в противном случае размыть или иным образом ухудшить структуру 32 преобразования Фурье и получаемое в результате отфильтрованное пространственное изображение 60 на детекторе, как более подробно будет объяснено ниже.

Как упомянуто выше, секторизованный пространственный фильтр 50 может представлять собой пространственный модулятор (SLM₂) света с группами пикселей или другими активными оптическими элементами, которые поворачивают плоскость поляризации света в вытянутых в радиальном направлении секторах и/или сегментах секторов, расположенных под выбранными углами, чтобы отфильтровать световую энергию в структуре 32 преобразования Фурье, как более подробно будет описано ниже. Например, секторизованный пространственный фильтр SLM₂ 50, изображенный на Фиг.1, может превращать при повороте падающий р-поляризованный свет из части 37(р) луча в секторе 500 в s-поляризованный свет в части 61 луча, отраженной от пространственного фильтра SLM₂ 50, в то время как оставшаяся часть отраженного света в части 61 луча остается р-поляризованной. Следовательно, так как сектор 500 расположен в плоскости структуры 32 изображения с преобразованием Фурье, часть света 34 в структуре 32 преобразования Фурье, находящаяся в секторе 500, превращается при повороте в s-поляризованный свет, в то время как оставшаяся часть света 34 в структуре 32 преобразования Фурье остается р-поляризованной, и как s-поляризованный, так и р-поляризованный свет распространяются в части 61 луча во вторую оптическую подсистему 820 с перекрыванием. Необязательное средство 118 поворота плоскости поляризации, например полуволновая фазовая пластина, размещенная в части 27(р) луча, может быть использовано для регулирования поляризации части 27(р) луча таким образом, чтобы она совпала с поляризацией жидкокристаллического материала в выполняющем пространственную фильтрацию SLM₂ 50.

Вторая оптическая подсистема 820 с перекрыванием проецирует световую энергию отфильтрованного монохроматического пространственного изображения 12' в детектор 80. Чтобы осуществить это, проекционные линзы 78а и 78b выполнены такой формы и размещены таким образом, чтобы проецировать пространственное изображение 12' в SLM₁ 26, являющееся объектом, на детектор 80 в качестве реального изображения, для чего требуется всего лишь, чтобы расстояние от объекта, т.е. изображения 12' в SLM₁ 26, было больше фокусного расстояния комбинации линз 78а и 78b. Следовательно, имеется значительная свобода при выборе таких параметров линз, как размер и фокусное расстояние, а также при размещении проекционных линз 78а и 78b и детектора 80 по отношению друг к другу и по отношению к создающему изображение SLM₁ 26, выполняющему пространственную фильтрацию SLM₂ 50 и другим компонентам первой оптической подсистемы 810 с перекрыванием. Такую свободу можно использовать разными путями. Одним из примеров является возможность масштабировать проецируемое отфильтрованное изображение до размера детектора, включая, например, обеспечение соответствия пикселей или групп пикселей изображения 12' от создающего изображение SLM₁ 26 и/или выполняющего фильтрацию SLM₂ 50 датчикам различного размера или группам датчиков различного размера в детекторе 80.

Поляризатор/анализатор 70 отделяет р-поляризованный свет в части 61 луча от s-поляризованного света, в результате чего только требуемая часть пространственно отфильтрованного света от структуры 32 преобразования Фурье достигает детектора 80. Например, если поляризатор/анализатор 70 представляет собой поглощающий поляризатор, как показано на Фиг.1, он может пропускать либо s-поляризованный свет, либо р-поляризованный свет, как это необходимо, и поглощать и, таким образом, блокировать противоположную поляризацию. Поляризующая светоделительная пластина могла бы обеспечить похожий результат путем пропускания одной поляризационной ориентации и отражения другой за пределы системы. В примере, показанном на Фиг.1, поляризатор/анализатор 70 пропускает s-поляризованный свет и блокирует р-поляризованный свет, в результате чего часть 61(s) луча после поляризатора/анализатора 70 содержит только s-поляризованный свет, который выбирают путем пространственной фильтрации структуры 32 преобразования Фурье с использованием SLM₂ 50, в результате чего только этот s-поляризованный свет от сектора 500 достигает детектора 80. Если же, с другой стороны, только р-поляризованному свету в части 61 луча разрешается пройти в детектор 80, то этот детектор обнаружит весь свет из структуры 32 преобразования Фурье за исключением света из сектора 500. Можно использовать любой из этих способов. Кроме того, хотя для примерного варианта охарактеризования формы пространственный фильтр 50 описан как секторизованный, например, с сектором 500 и аналогичными секторами или сегментами секторов, он может иметь любую другую конфигурацию, какая может потребоваться для других вариантов фильтрации структуры преобразования Фурье, в которых может быть использована данная система 800 с нежесткой взаимосвязью, перекрыванием и без обратной связи.

Концепция, структура и функционирование оптических систем 810, 820 с нежесткой взаимосвязью и перекрыванием могут быть проиллюстрированы, например, при помощи Фиг.2 с учетом того, что они упрощены и имеют структуру, не полностью идентичную структуре системы 800, показанной на Фиг.1. Например, создающий изображение SLM₁ 26' на Фиг.2 изображен как пропускающий, а не отражающий SLM, и все компоненты установлены вдоль проходящей по прямой линии оси 40 луча, т.е. без использования пути луча в виде ломаной линии, чтобы графически более наглядно проиллюстрировать свойства нежесткой взаимосвязи и перекрывания двух оптических систем 810, 820. Кроме того, для простоты две фокусирующие линзы 30а и 30b, изображенные на Фиг.1, на Фиг.2 показаны как одна фокусирующая линза 30, а две проекционные линзы 78а и 78b, изображенные на Фиг.1, на Фиг.2 показаны как одна проекционная линза 78.

Как показано на Фиг.2, входящий луч 24 от лазерного источника (не показан) проходит через поляризатор 28 для подготовки или очищения s-поляризации и затем через фокусирующую линзу 30, которая фокусирует части 25(s) и 27(р) луча в фокальную точку 31, определяющую фокальную плоскость 33 на фокусном расстоянии F₁ от линзы 30. Создающий изображение SLM₁ 26 размещен в части 25(s) луча, освещающей SLM₁ 26 s-поляризованным светом. Изображение 12' "записывается" в части 27 луча создающим изображение SLM₁ 26, как рассмотрено выше, и создающий изображение SLM₁ 26 является плоским, в результате чего он накладывает модуляции фазы и подвергает дифракции часть 27 луча таким образом, что подвергнутое дифракции световое излучение создает структуру 32 преобразования Фурье для изображения 12' в фокальной плоскости 33.

Плоский SLM₁ 26 будет накладывать изменения фазы вне зависимости от направления падающего светового излучения, поэтому входящий луч 24 не обязательно коллимировать, чтобы получить структуру 32 преобразования Фурье для изображения 12' в фокальной точке 31 линзы 30, как это потребовалось бы при использовании преломления линзой 30 для получения структуры 32 преобразования Фурье. Таким образом, входящий луч 24 может быть расходящимся относительно оптической оси 40, как показано на Фиг.2, что может оказаться выгодным при выборе размера части 25(s) луча таким образом, чтобы осветить создающую изображение зону SLM₁ 26, достаточную для включения всего пиксельного изображения 12, что необходимо для предотвращения потери содержимого формы или особенностей исходного изображения 12 в монохроматическом изображении 12', созданном SLM.

SLM₁ 26 формирует монохроматическое изображение 12' в части 27 светового луча за счет поворота плоскости поляризации на попиксельной основе, в результате чего, например, повернутый, р-поляризованный, свет в части 27 луча содержит монохроматическое изображение 12', а неповернутый, s-поляризованный, свет блокируется поляризатором/анализатором 116. Подвергнутый дифракции р-поляризованный свет изображения 12' пропускается поляризатором/анализатором 116 таким образом, что он интерферирует и формирует преобразование 32 Фурье для изображения 12' в фокальной плоскости 33 фокусирующей линзы 30.

Следовательно, единственными жесткими оптическими и пространственными ограничениями в первой подсистеме 810 с перекрыванием являются следующие: входящий луч 24 должен быть монохроматическим и когерентным светом, линза 30 должна иметь фокальную точку 31, создающий изображение SLM₁ 26 должен быть размещен в некотором месте между фокусирующей линзой 30 и фокальной точкой 31, где любое изображение 12, которое он представляет, полностью освещено, и пространственный фильтр 50 должен быть размещен в таком месте, где имеется структура 32 преобразования Фурье для монохроматического изображения 12', т.е. в фокальной точке 31 или, возможно, в месте некоторой другой проекции структуры преобразования Фурье, которая могла бы быть создана с использованием другой линзы (не показана), если это необходимо. В примере, показанном на Фиг.2, выполняющий пространственную фильтрацию SLM₂ 50 находится в фокальной плоскости 33, которая также может быть названа плоскостью преобразования Фурье в этой примерной конфигурации с осью луча, проходящей по прямой линии. Кроме того, в примере, показанном на Фиг.2, выполняющий пространственную фильтрацию SLM₂ 50 показан в виде пропускающего SLM вместо отражающего SLM, который выполняет ту же функцию пространственной фильтрации, но упомянутые s-поляризованные и р-поляризованные пиксели света пропускаются через SLM₂ 50 вместо отражения, как в примере, показанном на Фиг.1, который описан выше.

Если снова обратиться, главным образом, к Фиг.2, подсистема 820 проецирования пространственного изображения размещена таким образом, чтобы она оптически перекрывала подсистему 810 создания изображения и фильтрации нежестким образом, т.е. с взаимоотношениями в расстоянии между компонентами, которые имеют некоторую свободу или запас в пределах определенных значений. При такой организации проекционная линза 78 размещена таким образом, чтобы проецировать изображение 12' в пространственной области из создающего пространственное изображение SLM₁ 26 на детектор 80, причем единственной связью по параметрам расстояния первой подсистемы 810 со второй подсистемой 820 является то, что выполняющий пространственную фильтрацию SLM₂ 50 размещен в некотором месте между создающим изображение SLM₁ 26 и проекционной линзой 78 и что изображение 12' находится вне фокусного расстояния F₂ проекционной линзы. Кроме того, поляризатор/анализатор 70 должен быть размещен в некотором месте между выполняющим пространственную фильтрацию SLM₂ 50 и детектором 80, и это может быть с любой стороны от проекционной линзы 78. Таким образом, в то время как проекционная линза 78, по сути, доступна через выполняющий фильтрацию SLM₂ 50 для проецирования изображения 12' в пространственном домене на детектор 80, единственным световым излучением от изображения 12' в пространственном домене, которое проецируется проекционной линзой 78 на детектор 80, является то, которое подверглось пространственной фильтрации в домене преобразования Фурье при помощи выполняющего пространственную фильтрацию SLM₂ 50 и которое прошло через поляризатор/анализатор 70.

Следовательно, только требуемая часть изображения 12' в пространственном домене, как она выбрана SLM₂ 50, выполняющим фильтрацию в домене Фурье, проецируется проекционной линзой 78 с получением отфильтрованного изображения 60 в пространственном домене на детектор 80. Другими словами, изображение 60 в пространственном домене состоит только из частей изображения 12' в пространственном домене, которые выбраны в домене преобразования Фурье. В описанном здесь примерном варианте охарактеризования и кодирования формы изображения эти части представляют собой порции светового излучения от изображения 12', которые прошли через вытянутые в радиальном направлении секторы или сегменты секторов в домене преобразования Фурье, но они также могли бы быть любыми другими выбранными частями, отфильтрованными любым другим путем в домене преобразования Фурье.

Как упомянуто выше, существует значительная свобода в размещении компонентов. Проекционная линза 78 должна находиться между создающим изображение SLM₁ 26 и детектором 80, и обе ее фокальных точки 822, 824 должны находиться между создающим изображение SLM₁ 26 и детектором 80, а выполняющий пространственную фильтрацию SLM₂ 50 должен оптически находиться между создающим изображение SLM₁ 26 и проекционной линзой 78. Однако эти компоненты могут быть перемещены или размещены практически в любом желаемом месте в пределах этих ограничений в зависимости от реального размера и возможностей компонентов.

Более подробно отсутствие обратной связи в системе 800 показано на Фиг.3. Как описано выше, луч 24 показан на Фиг.3 проецируемым из лазерного источника 23 в немного расходящемся состоянии, т.е. с углом расхождения β от параллели к оси луча, например, пять градусов (5°), чтобы облегчить освещение всего изображения 12 в целом, как оно присутствует на создающем изображение SLM₁ 26. Фокусирующие линзы 30а и 30b фокусируют часть 25(s) луча, изображенную на Фиг.3 s-поляризованной только в качестве примера, в фокальную точку 31 на выполняющем пространственную фильтрацию SLM₂ 50, в то время как создающий изображение SLM₁ 26 размещен в s-поляризованном луче 25(s) в любом месте между фокусирующими линзами 30а, 30b и выполняющим пространственную фильтрацию SLM₂ 50, где его пиксели от входного изображения 12 полностью освещены. Создающий изображение SLM₁ 26 создает монохроматическое изображение 12' в части 27 луча, например, путем переориентации пиксельных участков молекул жидких кристаллов для превращения путем поворота поляризации света для изображения 12' в р-поляризацию, что также приводит к изменению фазы света на попиксельной основе. Такие пикселированные фазовые изменения в плоскости создания плоского изображения SLM₁ 26 приводят к дифракции р-поляризованных пикселей света в монохроматическом изображении 12', созданном SLM₁, причем степень такой дифракции для каждого пикселя света зависит от степени изменения фазы, возбужденного жидкокристаллическим материалом во время поворота или частичного поворота плоскости поляризации в таких кристаллах. Поглощающий поляризатор/анализатор 116 препятствует достижению оставшимся s-поляризованным светом выполняющего пространственную фильтрацию SLM₂ 50 и детектора 80. Подвергнутое дифракции световое излучение, которое составляет монохроматическое изображение 12' от создающего изображение SLM₁ 26, распространяется в направлении выполняющего пространственную фильтрацию SLM₂ 50 с формированием световой структуры 32 преобразования Фурье на SLM₂ 50. Хотя поляризаторы/анализаторы достаточно хорошо отделяют р-поляризацию от s-поляризации и наоборот, в реальности имеет место некоторое отражение света обратно в направлении создающего изображение SLM₁ 26 вне зависимости от того, является ли поляризатор/анализатор 116 поглощающим поляризатором/анализатором, который изображен на Фиг.3, либо поляризующей светоделительной пластиной, как те, которые описаны в патентах США №№ 6678441 и 7103223. Неизбежное отражение небольшого количества р-поляризованного света поляризатором/анализатором 116 означает всего лишь незначительное уменьшение интенсивности р-поляризованного подвергнутого дифракции света от изображения 12', который падает на выполняющий пространственную фильтрацию SLM₂ 50, и поэтому также незначительное уменьшение интенсивности в части 60 изображения на детекторе 80, что обычно не представляет проблемы. Однако неизбежное сопутствующее отражение небольшого количества s-поляризованного света поляризатором/анализатором 116, как схематично показано обратными стрелками 812 на Фиг.3, будет проблемой, если создающий изображение SLM₁ 26 был расположен перпендикулярно к оси 40' части 27 луча, как это имеет место, например, в патенте США № 6678411 и патенте США № 7103223. Проблема возникнет из-за того, что s-поляризованный свет не является частью р-поляризованного изображения 12' и никогда не должен достигать либо выполняющего пространственную фильтрацию SLM₂ 50, либо детектора 80. Кроме того, отраженная на поляризаторе/анализаторе 116 часть 812 s-поляризованного света распространяется обратно к создающему изображение SLM₁ 26, где она может быть повернута до р-поляризации, точно так же, как падающий луч 25(s). Если ось 40' части 27 луча была перпендикулярна плоскости 19 отражения в создающем изображение SLM₁ 26, полученный в результате такого поворота нежелательного s-поляризованного отражения 812 создающим изображение SLM₁ 26 р-поляризованный свет опять будет распространяться обратно в поляризатор/анализатор 116, и так как он теперь является р-поляризованным, затем будет пропускаться поляризатором/анализатором 116 вместе с требуемым р-поляризованным светом изображения 12' в выполняющий пространственную фильтрацию SLM₂ 50. В результате такой отраженный s-поляризованный свет будет подаваться обратно в поляризатор/анализатор 116 как "псевдо р-поляризованный" свет и, если он не отфильтровывается выполняющим пространственную фильтрацию SLM₂ 50, будет продолжать свое распространение вплоть до детектора 80. Так как такой нежелательный "псевдо р-поляризованный" свет, являющийся обратной связью, фактически будет перемещаться дальше основного луча, он будет создавать множество различных наложенных версий изображения 12' в разном масштабе на основное изображение 12' и искажать и/или в общем ухудшать качество получаемого в результате фильтрованного изображения 60 на детекторе 80. Чтобы устранить недостаток, заключающийся в возврате такой отраженной s-поляризованной доли 812 света в виде обратной связи как нежелательного "псевдо р-поляризованного" света, приводящего к ухудшению изображения 60 на детекторе 80, создающий изображение SLM₁ 26 ориентирован на Фиг.3 таким образом, чтобы его плоскость 19 создания изображения и отражения находилась под углом θ менее 90° к оси 40 падающей части 25(s) света, в результате чего угол α падения падающего луча 25(s) на создающий изображение SLM₁ 26 превышает 0°. Таким образом, ось 40' части 27 луча, отраженной от SLM₁ 26, также находится под углом α от нормали 39 к плоскости 19 отражения SLM₁ 26. Следовательно, любой нежелательный s-поляризованный свет 812, отраженный поляризатором/анализатором 116, не будет отражаться создающим изображение SLM₁ 26 обратно в поляризатор/анализатор 116, выполняющий пространственную фильтрацию SLM₂ 50 и детектор 80, даже если он повернут создающим изображение SLM₁ 26 в р-поляризованный свет, и вместо этого будет отражаться обратно в направлении входящего луча 25(s), как указано стрелками 814, в поляризатор 28, где он будет поглощен или блокирован. Если поляризатор 28 не используется, такой нежелательный отраженный свет 814 мог бы вернуться в лазерный источник 23, где он может быть блокирован оптическими компонентами, обычно встроенными в такие лазерные источники, либо незначительные отклонения или несовершенства во взаимной ориентации компонентов вызовут просто его отражение за пределы системы.

Так как монохроматическое изображение 12' формируется создающим изображение SLM₁ 26 в плоскости 19 создания изображения, находящейся под углом θ к оси 40 входящей части 25(s) луча, оно также находится под тем же углом θ к оси 40' отраженной части 27 луча, которая содержит изображение 12', и, кроме того, изображение 12' находится под углом α к плоскости 816, которая перпендикулярна оси 40' части 27 луча. Следовательно, структура 32 преобразования Фурье для изображения 12' будет формироваться в плоскости 818, в которой лежит фокальная точка 31, находящаяся на оси 40' части 27 луча, но которая оптически параллельна плоскости 19 создания изображения и находится под углом θ к оси 40', вместо ее совпадения с фокальной плоскостью 33. Другими словами, структура 32 преобразования Фурье формируется в плоскости 818 преобразования Фурье, которая расположена под углом α к фокальной плоскости 33. Таким образом, чтобы предотвратить искажение и обеспечить точную пространственную фильтрацию в плоскости 818 структуры 32 преобразования Фурье, выполняющий пространственную фильтрацию SLM₂ 50 размещен так, чтобы его плоскость фильтрации проходила через фокальную точку 31 и при этом совпадала с плоскостью 818 структуры 32 преобразования Фурье, но не с фокальной плоскостью 33. Другими словами, плоскость фильтрации в выполняющем пространственную фильтрацию SLM₂ 50 проходит через фокальную точку 31, но ориентирована оптически параллельно плоскости 19 создания изображения в создающем изображение SLM₁ 26, что может быть реализовано путем расположения плоскости фильтрации физически параллельно плоскости 19 создания изображения. Если в части 27 луча было размещено спектральное зеркало (не показано), путь части 27 луча может быть ломаным, чтобы плоскость 818 фильтрации в выполняющем пространственную фильтрацию SLM₂ 50 проходила через фокальную точку 31, но была ориентирована перпендикулярно плоскости 19 изображения в создающем изображение SLM₁ 26, если требуется для компоновки или в иных целях, по сути при этом по-прежнему оставаясь оптически параллельной плоскости 19 создания изображения.

Как рассмотрено выше, SLM₂ 50 выполняет пространственную фильтрацию оптической структуры 32 преобразования Фурье от изображения 12' и проекционные линзы 78а и 78b доступны через этот SLM₂ 50 для проецирования изображения 12' в пространственном домене, как оно отфильтровано SLM₂ 50, на детектор 80 в качестве фильтрованного изображения 60 в пространственном домене. Таким образом, чтобы предотвратить искажение фильтрованного изображения 60, находящегося в пространственном домене, на детекторе 80, плоскость 826 обнаружения в детекторе 80 также должна быть оптически параллельна плоскости 19 создания изображения в создающем изображение SLM₁ 26. В примере, показанном на Фиг.3, для изменения направления части 61(s) луча предусмотрено спектральное зеркало 806, чтобы сориентировать плоскость 826 обнаружения перпендикулярно плоскости 19 создания изображения в целях большей компактности компоновки, но, по сути, - оптически параллельно. Разумеется, плоскость 826 обнаружения может быть размещена физически параллельно плоскости 19 создания изображения, чтобы быть оптически параллельной.

Чтобы предотвратить описанную выше проблему обратной связи в виде "псевдо р-поляризации", угол падения α может быть любым углом, который предотвращает попадание нежелательного света на детектор. В одном из примерных воплощений на практике угол падения α может быть выбран равным 13,5°, так как это значение обеспечивает компактный вид системы с достаточным свободным пространством для необходимых компонентов и достаточно велико, чтобы "отбросить" нежелательный отраженный свет на значительное удаление от детектора 80, как рассмотрено выше. Такой примерный вид описанной выше системы 800, выполняющей пространственную фильтрацию оптических изображений, изображен на Фиг.4, где компоненты обозначены теми же ссылочными номерами, что и в структурной схеме, приведенной на Фиг.3.

На Фиг.5 схематично изображено примерное устройство - сегментированный радиальный пространственный модулятор 50 света (SLM), где луч 27(р) света сфокусирован на активной оптической зоне 54 в центральной части сегментированного радиального устройства SLM 50. Как схематично изображено на Фиг.5, сегментированное радиальное устройство SLM 50 в предпочтительном случае, но не обязательно конструктивно выполнено в виде интегральной микросхемы 52 на кристалле 56, снабженном множеством электрических выводов 58, входящих в гнезда соответствующей конфигурации (не показаны) на печатной плате (не показана). В таком варианте реализации настоящего изобретения выводы 58 имеют электрическое соединение при помощи множества припаянных проводов 59 с контактными площадками 55 интегральной микросхемы 52, чтобы сделать возможной адресацию и приведение в действие оптических компонентов в активной оптической зоне 54, как более подробно будет рассмотрено ниже.

На Фиг.6 в увеличенном масштабе приведен вид спереди активной оптической зоны 54 интегральной микросхемы 52, а на Фиг.7 в еще большем масштабе изображены активные оптические сегменты 502, 504, 506, 508 одного сектора 500 модулятора (иногда для удобства далее называемого "сектором") в активной оптической зоне 54. По сути сегментированное радиальное устройство SLM 50 выполнено с возможностью избирательно обособлять радиально расположенные порции падающей световой энергии, находящиеся под различными углами относительно центральной оси 40', для их обнаружения, как более подробно будет описано ниже. Одним из путей реализации такого обособления является отражение, а также поворот плоскости поляризации выбранных радиально расположенных частей луча 27(р) света, который падает на активную оптическую зону 54, в то время как другие части луча 27(р) света отражаются, но без поворота плоскости поляризации, или наоборот. В предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения каждый из активных оптических сегментов, таких как сегменты 502, 504, 506, 508 сектора 500 на Фиг.7, адресуемы индивидуально посредством электропроводных дорожек 503, 505, 507, 509 соответственно, хотя изобретение также может быть воплощено на практике, хотя и с меньшим разрешением по пространственным частотам или масштабу, при помощи сектора 500, содержащего только один активный оптический модулятор, или путем активации одного или более отдельных сегментов одновременно.

Выбор и обособление части падающего луча 27(р) света изображено на Фиг.8, на которой приведена часть поперечного сечения активных оптических сегментов 506, 508. Падающий луч 27(р) света, который указан, например, как являющийся р-поляризованным, т.е. поляризованным в р-плоскости, будет отражаться сегментом 508 (и будет выходить из него) как s-поляризованный свет 27(s), т.е. свет, поляризованный в s-плоскости, или наоборот, когда сегмент 508 активируют при помощи напряжения V на дорожке 509, в то время как неактивированный сегмент 506 отражает падающий свет 27(р), но не поворачивает его плоскость поляризации. На Фиг.8 свет, отраженный активированным сегментом 508, обозначен как 61(s), чтобы показать его поляризацию в s-плоскости, в то время как свет, отраженный неактивированным сегментом 506, обозначен как 61(р), чтобы показать его поляризацию в р-плоскости. Структура и функционирование сегментов 506, 508, которые аналогичны всем сегментам всех секторов 500, 510, 520, 530, 540, 550, 560, 570, 580, 590, 600, 610, 620, 630, 640, 650 активной оптической зоны 54, будут рассмотрены ниже более подробно. В этом месте достаточно сказать, что плоскость s-поляризации ортогональна, т.е. повернута на 90°, относительно плоскости р-поляризации, и такой поворот плоскости поляризации части падающего луча 27(р) света (см. Фиг.5, 8 и 4), или наоборот, с получением части 61(s), имеющей s-поляризацию (см, Фиг.8), при одновременном оставлении других частей падающего луча 27(р) неповернутыми в отраженной части 61(р), позволяет отфильтровывать или отделять эту часть 61(s) от оставшегося луча 61(р) света, или наоборот, как более подробно будет рассмотрено ниже. Разумеется, как упомянуто выше, падающий свет 27 мог бы быть s-поляризованным, и устройство 52 могло бы поворачивать часть такого падающего луча с получением р-поляризации, чтобы сделать возможной фильтрацию или отделение. Все такие альтернативы легко понятны специалистам в данной области техники как эффективные эквиваленты, и данное изобретение не требует обязательного наличия одной из таких альтернатив либо ее превалирования над другими. Таким образом, для простоты, будет рассмотрена одна или несколько из таких альтернатив, но с пониманием того, что такие инверсии или альтернативы подразумеваются, и поэтому охватываются подобным рассмотрением и пунктами приложенной Формулы изобретения.

В примерном сегментированном радиальном SLM 50, показанном на Фиг.5 - Фиг.8, этот SLM 50 в отраженном свете 61(s) поворачивает плоскость поляризации только тех частей световой энергии 34 в структуре 32 преобразования Фурье, которые расположены по одной линии с выбранными оптическими сегментами, например сегментом 502, 504, 506 и/или 508 (Фиг.7). В этом примере такие выбранные части 61(s) луча 27(р) представляют детали или особенности изображения 12' (т.е. порождены в значительной части ими), такие как прямые линии и короткие сегменты кривых линий, направление которых совпадает с углом расположения соответствующих секторов 500, 510, 520, 530, 540, 550, 560, 570, 580, 590, 600, 610, 620, 630, 640, 650, в которых находятся выбранные сегменты в активной оптической зоне 54 сегментированного радиального SLM 50. Например, если выбран один или более сегментов 502, 504, 506, 508 в секторе 500 и он активирован для поворота плоскости поляризации световой энергии, отраженной от такого сегмента (сегментов), отраженная световая энергия 61(s) будет порождена в значительной части деталями или особенностями изображения 12', которые расположены по одной линии с вертикально ориентированным сектором 500, в котором размещены сегменты 502, 504, 506, 508. Далее, так как световая энергия 34 от содержимого с более высокой пространственной частотой в изображении 12', например, близко расположенных друг к другу частей 35 бампера и решетки радиатора, рассеивается дальше в радиальном направлении от центра в оптической структуре 32 преобразования Фурье, чем световая энергия 34 от содержимого с более низкой пространственной частотой, например боковой панели 36, то световая энергия в отраженном луче 61(s) также будет характеризовать узкий диапазон такого имеющего пространственную частоту содержимого в изображении 12' в зависимости от того, какой сегмент сектора выбран. Например, активация внешнего сегмента 508 сектора 500 (Фиг.8), который размещен дальше в радиальном направлении от оптической оси 40' падающего света 27(р), чем сегмент 502, приведет к тому, что световая энергия в отраженном луче 61(s) будет характеризовать содержимое с более высокой пространственной частотой вертикально ориентированных особенностей в изображении 12', например, вертикальных краев частей 35 бампера и решетки радиатора. В противоположность этому активация внутреннего сегмента 502 сектора 500 приведет к тому, что световая энергия в отраженном луче 61(s) будет в большей степени характеризовать содержимое с более низкой пространственной частотой вертикально ориентированных особенностей в изображении 12', например, вертикального заднего края крышки 37 багажника. Результатом является фильтрованная структура 60 из полос 62 световой энергии, представляющих собой или характеризующих уникальную комбинацию особенностей или линий в содержимом изображения 12', которая соответствует световой энергии оптической структуры 32 FT на радиальном расстоянии выбранного сегмента, иногда называемом "масштабом", и которая ориентирована по одной линии с сектором, в котором размещен выбранный сегмент. Таким образом, кроме возможности обеспечить пространственную фильтрацию с поворотом для оптической структуры 32 FT в положениях под разными углами вокруг оптической оси сегменты каждого сектора, такие как сегменты 502, 504, 506, 508 сектора 500, обеспечивают дополнительную возможность получения оптической структуры 32 FT с масштабированной пространственной фильтрацией на различных радиальных расстояниях от оптической оси.

Разумеется, сегменты в различных секторах, ориентированных под разными углами вокруг оптической оси 40, будут располагаться по одной линии с особенностями или параллельно линиям в изображении 12', которые ориентированы под разными углами, как более подробно будет описано ниже. Таким образом, полосы 62 световой энергии в фильтрованной структуре 60 будут изменяться по мере выбора и активации активных оптических сегментов в разных секторах, чтобы отразить разные особенности, детали, края или линии в оптической структуре изображения 12', расположенные под различными углами, имеющие различную замысловатость или мелкость, а также яркость, как более подробно будет рассмотрено ниже. В общем случае, однако, полосы 62 световой энергии, если получить их в результате обратного преобразования Фурье из оптической структуры 32 FT после описанной выше пространственной фильтрации 54, будут находиться в тех же местах с точки зрения их пространственной взаимосвязи, что и особенности в исходном изображении 12', от которого такая световая энергия исходит. В качестве примера можно привести световую энергию в полосе 62 структуры 60, которая первоначально исходит от частей 35 бампера и решетки радиатора в изображении 12', после пространственной фильтрации с использованием вертикального сектора частей 35 бампера и решетки радиатора в изображении 12'.

Пространственно фильтрованная световая энергия в полосах 62 фильтрованной структуры 60 может быть обнаружена фотодетектором 80 в любом из различных угловых положений активированных секторов и подана в электронном виде в компьютер 20 или другое микропроцессорное устройство или компьютер для обработки и кодирования. Хотя на Фиг.1 изображен только один фотодетектор 80 с примерной матрицей 82 размером 16×16 отдельных фоточувствительных преобразователей 84 энергии, которого достаточно для многих целей, поставленных в этом изобретении, также могут быть использованы и другие варианты устройства детектора, например две детекторных матрицы со смещением, описанные в патенте США № 6678411, либо одна или более детекторных матриц большего размера.

При вводе в компьютер 20 информации о фильтрованных оптических структурах 60, т.е. распределении интенсивностей (I) световой энергии, от детекторной матрицы 82, вместе с информацией об изображении 12 (например, идентификационного номера, указателя источника и т.п.), информацией об угловом положении (R) сектора, в котором активирован сегмент, и информацией о радиальном расстоянии или масштабе (S) активированного сегмента, относящемся к пространственной частоте, этот компьютер может быть запрограммирован на кодирование характеристик изображения 12, относящихся к содержимому формы этого изображения. Одним из полезных форматов для кодирования такой информации является попиксельное кодирование фильтрованного изображения 60, включая информацию, касающуюся координат x, y положения каждого пикселя, поворот (Rotation) (т.е. угловое положение сектора, в котором активирован сегмент, и, таким образом, линейных особенностей изображения 12, параллельных такому угловому положению) и интенсивность (Intensity) (т.е. амплитуду световой энергии от фильтрованной структуры 60, которая обнаруживается в каждом пикселе при угловом положении R). Может быть предусмотрен доступный для поиска флаг, такой как коэффициент X искажения, как рассмотрено, например, в патенте США № 6678411, либо поиск по особенности предварительной обработки фантомного изображения, как рассмотрено, например, в патенте США № 7103223. Такая комбинация углового положения или поворота R, интенсивности I световой энергии для каждого пикселя и коэффициента Х искажения для краткости может быть названа "RIXel". При желании в подобное кодирование также может быть включен масштаб (Scale) (т.е. пространственные частоты содержимого изображения 12 в таких угловых положениях). При включении коэффициента S масштабирования комбинация может быть названа "RIXSel". Каждый RIXel или RIXSel затем может быть связан с некоторым идентификатором для изображения 12, из которого он был получен (например, номер, имя или тому подобное), указателем источника изображения 12 (например, URL-адрес Интернет, файл базы данных, название книги, собственник изображения 12 и т.п.), и любой другой требуемой информацией об изображении, такой как формат, разрешение, цвет, текстура, описание содержимого или тому подобное. Некоторой из такой другой информации, такой как цвет, текстура, описание содержимого и/или категория поиска, может быть информация, введенная из другой базы данных, введенная человеком вручную, либо даже из другого оптического характеризатора, который автоматически охарактеризовывает то же самое изображение 12 касательно цвета, текстуры или тому подобного - все, что может оказаться полезным для поиска, нахождения или извлечения изображения 12 либо для сравнения изображения 12 с другими изображениями.

Некоторые, все или дополнительные комбинации такой информации о каждом изображении 12, 14,…, n, которое охарактеризовано с точки зрения формы и закодировано, как описано выше, могут посылаться компьютером 20 в одну или более баз 102 данных. Несколько примерных архитектур 104, 106, 108 баз данных для хранения информации RIXel или RIXSel о каждом изображении 12, 14,…, n показаны на Фиг.1, но могло бы использоваться также и множество других архитектур и комбинаций информации.

Оптическая структура 32 преобразования Фурье, как упомянуто выше, симметрична в направлении сверху вниз и слева направо, поэтому каждый полукруг оптической структуры 32 преобразования Фурье содержит точно то же распределение и интенсивность световой энергии, что и противоположный полукруг. Световая энергия от более низких пространственных частот в изображении 12' распределяется в направлении центра или оптической оси 40' оптической структуры 32 преобразования Фурье, в то время как световая энергия от более высоких пространственных частот в изображении 12' распределяется дальше от оптической оси 40' и в направлении внешнего края структуры 32, т.е. дальше в радиальном направлении от оптической оси 40'. Световая энергия от особенностей в изображении 12', которые распределены по вертикали в этом изображении 12' с созданием этих различных пространственных частот, аналогичным образом распределяется по вертикали в оптической структуре 32 преобразования Фурье. В то же время световая энергия от особенностей в изображении 12', которые распределены по горизонтали в этом изображении 12' с созданием этих различных пространственных частот, аналогичным образом распределяется по горизонтали в оптической структуре 32 преобразования Фурье. Таким образом, если говорить в общем, световая энергия от особенностей в изображении 12', которые распределены под любым углом относительно оптической оси 40' с созданием различных пространственных частот в этом изображении 12', также распределяется под теми же углами в оптической структуре 32 преобразования Фурье. Следовательно, данные, полученные путем обнаружения только световой энергии, распределенной под конкретными углами относительно оптической оси 40' в оптической структуре 32 преобразования Фурье, характеризуют особенности или детали в изображении 12', которые проходят в виде линий под такими конкретными углами. Радиальные распределения такой обнаруженной световой энергии для каждого углового положения указывают замысловатость или резкость подобных линейных особенностей или деталей в изображении 12', т.е. пространственную частоту, в то время как интенсивности такой обнаруженной световой энергии указывают яркость подобных особенностей или деталей в изображении 12'.

Таким образом, совокупность данных по обнаруженной световой энергии для всех угловых положений в оптической структуре 32 преобразования Фурье создает совокупную запись для формы (т.е. угловых положений, замысловатости или резкости, а также яркости) линейных особенностей, которые составляют изображение 12'. Однако для большинства практических потребностей, например, для кодирования характеристик формы изображений 12, 14,…, n с целью выполнения следующих операций с использованием баз данных, а именно сохранения, поиска, извлечения, сравнения или сопоставления с другими изображениями и т.п., нет необходимости записывать такие данные по обнаруженной световой энергии для всех угловых положений в структуре 12' преобразования Фурье. Обычно достаточно обнаружить и записать такие распределения и интенсивности световой энергии только для некоторых из угловых положений в оптической структуре 32 преобразования Фурье, чтобы на достаточном уровне охарактеризовать форму практически уникальным образом для каждого изображения 12, 14,…, n с целью выполнения следующих операций с использованием баз данных, а именно сохранения, поиска и извлечения таких конкретных изображений 12, 14,…, n. В целях рассмотрения, но не подразумевая под этим каких-либо ограничений, удобно и практично использовать угловые приращения 11,25 градуса, так как в 180 градусах поворота существует шестнадцать (16) 11,25-градусных приращений, чего достаточно при охарактеризовании для большинства целей и эффективно с точки зрения обработки и хранения данных, как рассмотрено в патенте США № 6678411. Однако могли бы также использоваться и другие дискретные угловые приращения, включая постоянные приращения или переменные приращения. Разумеется, переменные приращения потребуют большей производительности компьютера и более сложного программного обеспечения при выполнении функций обработки, хранения и поиска данных.

Сегментированный радиальный SLM 50, показанный на Фиг.5, активные оптические секторы 500, 510, 520, 530, 540, 550, 560, 570, 580, 590, 600, 610, 620, 630, 640, 650 которого показаны на Фиг.6, используется для выбора только световой энергии из конкретных угловых положений в оптической структуре 32 преобразования Фурье с целью обнаружения в любой момент времени или при любом приращении времени в детекторной матрице 82. Как рассмотрено выше со ссылкой на сектор 500, показанный на Фиг.7, который (за исключением углового положения) аналогичен всем другим секторам 500, 510, 520, 530, 540, 550, 560, 570, 580, 590, 600, 610, 620, 630, 640, 650 на Фиг.6, любой активный оптический сегмент, например сегменты 502, 504, 506, 508 в вертикальном секторе 500, может быть адресован посредством соответствующих электрических дорожек, например дорожек 503, 505, 507, 509 для сектора 500, в результате чего детекторная матрица 82 может обнаруживать распределение и интенсивность (I) световой энергии в оптической структуре 32 преобразования Фурье при любом угловом положении (R) сектора 500, 510, 520, 530, 540, 550, 560, 570, 580, 590, 600, 610, 620, 630, 640, 650 и при выбранных радиальных расстояниях от оптической оси 40'. Например, сектор 500 ориентирован фактически вертикально по отношению к оптической оси 40'. Если все активные оптические сегменты 502, 504, 506, 508 сектора 500 выбираются и активируются одновременно, практически вся световая энергия, которая распределяется вертикально в оптической структуре 32 преобразования Фурье, будет падать на фотодетекторную матрицу 82 (Фиг.1) и обнаруживаться этой матрицей. Однако, если выбирается и активируется только один из активных оптических сегментов, например внешний сегмент 508, тогда фотодетекторной матрицей 82 будет обнаруживаться только та световая энергия в оптической структуре 32 преобразования Фурье, которая распределяется вертикально и в радиальном направлении наиболее далеко от оптической оси 40'. Таким образом, чтобы обнаружить и записать различные распределения световой энергии в оптической структуре 32 преобразования Фурье, могут последовательно или одновременно активироваться любой один, все или комбинация активных оптических сегментов, например сегментов 502, 504, 506, 508. Кроме того, могут выбираться и активироваться последовательно, одновременно или в различных комбинациях один или более секторов 500, 510, 520, 530, 540, 550, 560, 570, 580, 590, 600, 610, 620, 630, 640, 650 в зависимости от тех деталей или конкретных распределений световой энергии в оптической структуре 32 FT, которые требуется обнаружить.

Предпочтительной, но не обязательной формой активных оптических секторов, например сектора 500, в сегментированном радиальном SLM 50 является узкий, удлиненный клин. Ширина клина будет зависеть от имеющейся или необходимой световой энергии и требуемого оптического разрешения. Более широкий сектор будет направлять больше световой энергии 34 в детектор 80, но точность разрешения линий или особенностей в изображении 12' слегка ухудшится. Более узкий сектор обеспечит большее разрешение линий, но с соответствующим увеличением сложности при обобщении формы в результирующей структуре, а также увеличением сложности и уменьшением световой энергии, направляемой в детектор 80. Кроме того, на практике может существовать ограничение, касающееся того, как экономичным и эффективным образом можно сделать узкими и близко расположенными клинья с соединяющими электрическими дорожками в ограниченной активной оптической зоне 54. Таким образом, при выборе размера сектора может возникнуть необходимость поиска желаемого баланса между упомянутыми разрешением, возможностью обнаружения и размерами. Кроме того, в специальных вариантах применения могли бы использоваться секторы других форм (не показано), таких как овальная, либо иные формы, чтобы захватить в изображении 12 формы, отличающиеся от линий.

Число активных оптических сегментов в секторе, например четыре сегмента 502, 504, 506, 508 в секторе 500, также имеет аналогичные ограничения. Сегменты меньшего размера направляют меньше световой энергии в детектор 80, но могут обеспечить большее разрешение для характеристик формы в изображении 12', в то время как сегменты большего размера направляют больше света в детектор 80, и, таким образом, облегчают их обнаружение, но разрешение снижается. Для вариантов применения или потребностей с меньшим разрешением может даже не возникнуть необходимости деления секторов на сегменты, и данное изобретение охватывает радиальные пространственные модуляторы света, в которых каждый из секторов 500, 510, 520, 530, 540, 550, 560, 570, 580, 590, 600, 610, 620, 630, 640, 650 не сегментирован и, таким образом, содержит один активный оптический элемент для каждого сектора. Однако тот же эффект более низкого разрешения может быть достигнут в изображенном на Фиг.5 - Фиг.7 варианте SLM₂ 50 за счет одновременной активации всех сегментов 502, 504, 506, 508 в секторе, как описано выше.

В этом примерном варианте SLM₂ 50 каждый сектор, например сектор 500, содержит четыре индивидуально адресуемых активных оптических сегмента, например сегменты 502, 504, 506, 508, как показано на Фиг.7, хотя в соответствии с настоящим изобретением также может использоваться любое число сегментов, отличающееся от четырех. Длина каждого следующего расположенного в радиальном направлении дальше от центра сегмента в этом примере вдвое больше, чем у смежного расположенного в радиальном направлении ближе к центру сегмента. Так, в секторе 500 ближайший к внутреннему сегмент 504 приблизительно вдвое длиннее внутреннего сегмента 502. Аналогичным образом, ближайший к внешнему сегмент 506 приблизительно вдвое длиннее ближайшего к внутреннему сегмента 504, а внешний сегмент 508 приблизительно вдвое длиннее ближайшего к внешнему сегмента 506. При другом способе выражения, если длина в радиальном направлении внутреннего сегмента 502 равна L, то длина в радиальном направлении ближайшего к внутреннему сегмента 504 равна 2L, длина в радиальном направлении ближайшего к внешнему сегмента 506 равна 4L и длина в радиальном направлении внешнего сегмента 508 равна 8L. Расстояние d между оптической осью 40' и внутренним краем 501 внутреннего сегмента 502 приблизительно то же, что и длина L внутреннего сегмента 502, поэтому диаметр центральной зоны 57 равен приблизительно 2L. Такие пропорциональные длины активных оптических сегментов позволяют внутренним сегментам (например, 502) захватывать особенности формы изображения 12', размеры которых (в пространственной частоте) находятся в диапазоне приблизительно 25-50 процентов от размера изображения 12', созданного пространственным модулятором 26 света, показанным на Фиг.5, ближайшим к внутренним сегментам (например, 504) захватывать особенности формы изображения 12', размеры которых находятся в диапазоне приблизительно 25-50 процентов от размера изображения 12', созданного пространственным модулятором 26 света, показанным на Фиг.5, ближайшим к внешним сегментам (например, 506) захватывать особенности формы изображения 12', размеры которых находятся в диапазоне приблизительно 12,5-25 процентов от размера изображения 12', и внешним сегментам (например, 508) захватывать особенности формы изображения 12', размеры которых находятся в диапазоне приблизительно 3,125-6,25 процентов от размера изображения 12'.

Чтобы проиллюстрировать это, предположим, что изображение 12' представляет собой структуру из множества параллельных вертикальных линий, пересекающих множество параллельных горизонтальных линий с образованием матрицы из квадратов, как изображено, например, на Фиг.9а или Фиг.10а. Если квадраты, составляющие матрицу, являются достаточно большими, такими как квадраты 702 на Фиг.9а, в результате чего вертикальные линии 704, 706, которые определяют края квадратов 702, расположены далеко друг от друга и на расстоянии, равном приблизительно 25-50 процентов от ширины изображения 12' в целом, т.е. имеют низкую пространственную частоту, тогда световая энергия для этого вертикального содержимого формы будет падать на внутренний сегмент 502 вертикального сектора 500, как изображено на Фиг.12. В противоположность этому, если квадраты матрицы являются достаточно небольшими, такими как квадраты 722 на Фиг.10а, в результате чего вертикальные линии 724, которые определяют края квадратов 722, расположены близко друг к другу, например, на расстоянии, равном приблизительно 3,125-6,25 процентов от ширины изображения 12' в целом, т.е. имеют высокую пространственную частоту, тогда световая энергия для этого вертикального содержимого формы будет падать на внешний сегмент 508 вертикального сектора 500, как изображено на Фиг.12. Из этого следует, что световая энергия для вертикального содержимого формы матрицы из квадратов промежуточного размера (не показаны), т.е. имеющих промежуточную или среднюю пространственную частоту, будет падать на один или оба промежуточных сегмента 504, 506 вертикального сектора 500.

Кроме того, световая энергия для горизонтального содержимого формы таких структур в виде квадратов матрицы с большими, промежуточными или средними размерами будет падать на соответствующие расположенные внутри, снаружи или посередине сегменты горизонтального сектора 540. Например, в изображении 12' с большими квадратами 702, показанном на Фиг.9а, где горизонтальные линии 706 расположены друг от друга на расстоянии, равном 25-50 процентов от ширины изображения 12', т.е. имеют низкую пространственную частоту, световая энергия для этого горизонтального содержимого формы будет падать на внутренний сегмент 542 горизонтального сектора 540, как изображено на Фиг.12. В противоположность этому, в примерном изображении 12' из небольших квадратов 722 на Фиг.10а, где горизонтальные 726 расположены друг от друга на расстоянии, равном 3,125-6,25 процентов от ширины изображения 12', т.е. имеют высокую пространственную частоту, световая энергия в плоскости 32 FT для этого горизонтального содержимого формы будет падать на внешний сегмент 548 горизонтального сектора 540, как изображено на Фиг.12.

Далее, любые особенности изображения 12', имеющие размер более 50 процентов от размера изображения 12', световая энергия которых падает на участок 41 центральной зоны, могут либо быть захвачены и обнаружены как показатель общей яркости изображения 12' для управления интенсивностью или в целях калибровки, либо просто игнорироваться и вообще не захватываться или обнаруживаться, так как в световой энергии, которая составляет эти 50 процентов от размера изображения 12', имеется мало полезной информации о форме или мало содержимого (если имеется вообще). Аналогичным образом, приблизительно 3,125 процента содержимого формы в изображении 12', которое расположено в радиальном направлении дальше внешних сегментов или секторов, не обнаруживается и может быть проигнорировано в этой предпочтительной конфигурации. Центр 41 может быть сделан оптически активным, чтобы захватить падающую на него световую энергию, если требуется захватить и обнаружить такую световую энергию для указания общей яркости, управления интенсивностью или в целях калибровки, что будет понятно специалистам в данной области техники и соответствует их квалификации. Например, если изображение 12' имеет матрицу из квадратов, которые настолько велики, что расстояние между вертикальными линиями, которые определяют края больших квадратов, превышает 50 процентов от ширины изображения 12', имеется мало вертикального содержимого формы (если оно вообще есть) для практического использования, и световая энергия для этого вертикального содержимого формы падает на участок 41 центральной зоны. На противоположном конце спектра, если такое изображение 12' имеет матрицу из квадратов, которые настолько малы, что расстояние между вертикальными линиями, которые определяют края небольших квадратов, составляет приблизительно менее 3,125 процента от ширины изображения 12', имеется также немного вертикального содержимого формы (если оно вообще есть) для практического использования, и световая энергия для такого вертикального содержимого формы рассеивается дальше от центра в радиальном направлении, за внешний сегмент 508 сектора 500. Разумеется, можно создать также и другие конфигурации сегментированного радиального SLM 50 или другие размеры и комбинации сегментов масштабирования в нем, которые не выходят за пределы объема настоящего изобретения.

Обнаружение содержимого формы ниже будет описано более подробно с использованием примерного изображения 12' автомобиля, показанного на Фиг.1. Однако на данный момент способствовать пониманию может следующее: когда изображение 12' представляет собой матрицу из квадратов, как описано выше, и когда световая энергия, падающая на вертикальный сектор 500 в плоскости 32 преобразования Фурье, проецируется обратно в изображение 60 в пространственном домене, такое изображение 60 в пространственном домене будет отфильтровано с получением только вертикальных линий на границах квадратов. В таком фильтрованном изображении, находящемся в пространственном домене, не будет появляться горизонтальных линий, так как световая энергия с горизонтальным содержимым формы, по существу, будет блокироваться или отфильтровываться из изображения. Далее, если квадраты структуры в виде матрицы являются большими, как квадраты 702 на описанной выше Фиг.9а, вертикальные линии 704 таких больших квадратов 702 будут всего лишь повторно формироваться и будут видимы в пространственном домене, если при падении световой энергии на ближайший к центру сегмент 502 вертикального сектора 500 этот сегмент задействуется таким образом, что он не блокирует такую падающую энергию в плоскости преобразования Фурье, а вместо этого позволяет ей проецироваться обратно в пространственный домен. Другими словами, задействование внутреннего сегмента 502 вертикального сектора 500 будет проецировать эту падающую световую энергию обратно в пространственный домен для повторного формирования участков вертикальных линий 704 этого изображения с большими квадратами 702, как изображено на Фиг.9b. В то же время задействование внешнего сегмента 508 для пропускания, а не блокирования или отфильтровывания света не будет приводить к проецированию вертикальных линий для их повторного формирования в пространственном домене, так как такая световая энергия с низкой пространственной частотой от структуры из подобных больших квадратов 702 не рассеивается достаточно далеко в радиальном направлении, чтобы падать на такой внешний сегмент 508. Таким образом, когда в изображении 12' имеется структура из больших квадратов 702, как изображено на Фиг.9а, задействование любого сегмента вертикального сектора 500, отличающегося от внутреннего сегмента 502, не приведет к в повторному формированию пространственного изображения из вертикальных линий 704 на Фиг.9b, но вместо этого приведет к получению пустого изображения (т.е. отсутствию пространственного изображения), как изображено на Фиг.11.

С другой стороны, если изображение 12' содержит матрицу из очень маленьких квадратов 722, и, таким образом, высокую пространственную частоту, как показано на Фиг.10а и описано выше, то световая энергия в плоскости 32 FT рассеивается дальше в радиальном направлении от центра, чтобы упасть на внешний сегмент 508, а не на внутренний сегмент 502. Таким образом, необходимо будет задействовать внешний сегмент 508 вертикального сектора 500, чтобы спроецировать такую световую энергию от вертикальных линий 724 на Фиг.10а обратно в пространственный домен с целью отображения вертикальных линий, как показано на Фиг.10b. Далее, задействование внутреннего сегмента 502 не будет приводить к проецированию таких вертикальных линий 724 в пространственный домен, так как в этом случае будет отсутствовать световая энергия, падающая на такой внутренний сегмент 502. Как изображено на Фиг.9с и 10с, для нескольких сегментов 542, 548 горизонтального сектора 540 будут получены аналогичные результаты для горизонтальных линий 706, показанных на Фиг.9а, и горизонтальных линий 726, показанных на Фиг.10а.

Если говорить в общем, для изображения 12', содержащего матрицу из квадратов, как описано выше, задействование внутреннего сегмента 502 вертикального сектора 500 и получение вертикальных линий, сформированных в пространственном домене, при одновременном задействовании внешнего сегмента 508, а также промежуточных сегментов 504, 506, в вертикальном секторе 500 без проецирования вертикальных линий в пространственный домен, продемонстрирует, что вертикальное содержимое формы в изображении имеет низкую пространственную частоту, являющуюся характеристикой больших квадратов 702 на Фиг.9а. Аналогичный анализ с использованием горизонтального сектора 540, обеспечивающего получение горизонтальных линий в пространственном домене в результате задействования внутреннего сегмента 542, но не в результате задействования внешнего или промежуточных сегментов 548, 546, 544, продемонстрирует, что такие горизонтальные линии 706 также являются характеристикой низкой пространственной частоты больших квадратов 702.

Если анализ других, не вертикальных и не горизонтальных секторов 510, 520, 530, 550, 560, 570, 580, 590, 600, 610, 620, 630, 640, 650 продемонстрирует отсутствие линий в пространственном домене от этих угловых положений, то записываемые результаты подтвердят, что содержимое формы для изображения 12' имеет только меньшую или большую пространственную частоту в некоторых или всех угловых положениях, в результате чего записываемые результаты подтвердят некоторое усложнение формы в дополнение к матрице из квадратов в изображении 12'. Таким образом, с использованием пространственного модулятора 50 света, входящего в систему, предлагаемую настоящим изобретением, можно получить информацию о форме, включая пространственную частоту или масштаб (S), а также интенсивность (I) при каждом угловом положении или повороте (R).

Если говорить в общем, для изображения 12' с матрицей из больших квадратов 702, показанной на Фиг.9а, при задействовании внутреннего сегмента 502 вертикального сектора 500, показанного на Фиг.12, из плоскости 32 FT обратно в пространственный домен, изображенный на Фиг.9b, может проецироваться только содержимое формы из вертикальных линий 704 с низкой пространственной частотой. Аналогичным образом, при задействовании внутреннего сегмента 542 горизонтального сектора 540 из плоскости 32 FT обратно в пространственный домен, показанный на Фиг.9с, для этого изображения в виде матрицы из больших квадратов может проецироваться только содержимое формы из горизонтальных линий 706 с низкой пространственной частотой. Задействование любого другого сегмента секторов 500, 510, 520, 530, 540, 550, 560, 570, 580, 590, 600, 610, 620, 630, 640 для этого изображения 12' из больших квадратов и с низкой пространственной частотой, показанного на Фиг.9а, приведет только к пустому изображению, как показано на Фиг.11, так как при этом типе изображения 12' с низкой пространственной частотой, имеющего только вертикальные и горизонтальные линии, отсутствует световая энергия, падающая на такие другие сегменты. В действительности, на практике будет иметься некоторое "выплескивание" световой энергии, падающей на некоторые из таких других сегментов, так как оптические компоненты и даже физические системы редко могут быть совершенными. Однако в изображении в виде решетки из простых квадратов, таком, как показано на Фиг.9а и 10а, такое "выплескивание" световой энергии на соседние сегменты и/или секторы обычно не будет существенным. Более сложное содержимое формы в изображениях, очень вероятно, могло бы вызвать падение световой энергии в плоскости 32 FT на один или более соседних сегментов и/или секторов в различных положениях поворота (R) и радиальных положениях (S), в этом случае интенсивности (I) света на таких соседних сегментах и/или секторах станут частью информации RIXSel или данных о форме для такого изображения.

Как изображено на Фиг.8, активные оптические сегменты 506, 508, аналогичные другим активным оптическим сегментам, являются частью интегральной микросхемы 52, которая установлена на кристалле-основе или платформе 56. Интегральная микросхема 52 содержит двоякопреломляющий материал 180 с изменяемой характеристикой, например жидкокристаллический материал, расположенный между двумя прозрачными подложками 182, 184, например, из высококачественного стекла. Двоякопреломляющий материал 180 с изменяемой характеристикой реагирует на напряжение, изменяя свое свойство двойного лучепреломления в зоне наличия напряжения, что приводит к повороту плоскости поляризации света, проходящего через этот материал 180. Образование раздельных ближайшего к внешнему сегмента 506 и внешнего сегмента 508 осуществляется за счет обособления соответствующих слоев металлических слоев 186, 188. Чтобы способствовать электрическому обособлению этих металлических слоев 186, 188, может использоваться промежуточный диэлектрический или электроизоляционный материал 185. Как показано с использованием комбинации Фиг.7 и Фиг.8, электропроводная дорожка 507 соединена с металлическим слоем 186 ближайшего к внешнему сегмента 506, а дорожка 509 соединена с металлическим слоем 188 внешнего сегмента 508. В действительности, электрические дорожки 507, 509 и металлические слои 186, 188 могут состоять из одного и того же металла и могут наноситься на заднюю подложку 184 одновременно во время изготовления интегральной микросхемы 52, что станет понятно специалистам в области разработки и изготовления пространственных модуляторов света после того, как они ознакомятся с принципами настоящего изобретения, и соответствует их квалификации. Таким образом, металлические слои 186, 188 могут адресоваться индивидуально посредством соответствующих присоединенных дорожек 507, 509 при подаче положительного (+) или отрицательного (-) напряжений V₁ и V₂ соответственно на дорожки 507, 509.

Прозрачный проводящий слой 190, нанесенный на переднюю подложку 182, соединен следующим соединительным проводом 513 со следующим напряжением V₃. Таким образом, напряжение может прикладываться к участку жидкокристаллического материала 180, который расположен между металлическим слоем 186 и прозрачным проводящим слоем 190, например, за счет выбора положительного V₁ и отрицательного V₃, и наоборот. Аналогичным образом, напряжение может прикладываться к участку жидкокристаллического материала 180, который расположен между металлическим слоем 188 и прозрачным проводящим слоем 190, например, за счет выбора положительного V₂ и отрицательного V₃, и наоборот.

Как упомянуто выше, функцией соответствующих сегментов 506, 508 является поворот плоскости поляризации выбираемых частей падающего луча 27(р) света таким образом, чтобы те части луча 27(р) света, которые несут соответствующие части оптической структуры 32 преобразования Фурье, могли быть отделены и обособлены от оставшегося луча 27(р) света для обнаружения фотодетекторной матрицей 82 (Фиг.1). Как понятно специалистам в данной области техники, существует целый ряд модификаций и конструкций пространственного модулятора света, а также материалов для его изготовления, которые могут обеспечить требуемое функционирование, некоторые из которых обладают преимуществами и/или недостатками по сравнению с другими, например, с точки зрения скорости переключения, эффективности пропускания света, стоимости и т.п. и множество которых легко доступно и приемлемо для использования в настоящем изобретении. Поэтому для целей рассмотрения, не подразумевая под этим ограничений, сегментированный радиальный пространственный модулятор света, изображенный на Фиг.8, может иметь соответствующие ориентирующие слои 192, 194, нанесенные на прозрачный проводящий слой 190, находящийся на подложке 182, и на металлические слои 186, 188, находящиеся на подложке 184. Эти ориентирующие слои 192, 194 отшлифованы или отполированы в направлении, необходимом для ориентирования граничного слоя кристалла, в зависимости от типа используемого жидкокристаллического материала 180, что хорошо известно в данной области техники. См., например, J. Goodman (Дж. Гудман), "Introduction to Fourier Optics" ("Введение в оптику Фурье"), 2^nd edition, Chapter 7 (The McGraw Hill Companies, Inc), 1996. На внешнюю поверхность стеклянной подложки 182 может быть нанесен противоотражающий слой 196, чтобы сохранить эффективность оптического пропускания.

В одной примерной системе, но, конечно, не единственной, может использоваться жидкокристаллический материал 180, который пропускает свет 27(р) без влияния на его поляризацию, когда в этом жидкокристаллическом материале 180 создано достаточное напряжение, и действует как четвертьволновая фазовая пластина, когда напряжение в жидкокристаллическом материале отсутствует. Таким образом может работать незакрученный жидкокристаллический материал 180, который является двоякопреломляющим в своем незакрученном состоянии. Так, например, когда в сегмент 508 жидкокристаллического материала 180 не подано напряжение, в этом внешнем сегменте 508 отсутствует молекулярный поворот жидкокристаллического материала 180, и жидкокристаллический материал во внешнем сегменте 508 (при должной толщине, соответствующей спецификациям производителя жидкокристаллического материала) будет работать как четвертьволновая пластина, применяющая круговую поляризацию к р-поляризованному свету 27(р), падающему на внешний сегмент 508, при прохождении света через этот незакрученный жидкокристаллический материал 180. При достижении металлического слоя 188, являющегося отражающим, свет отражается и проходит обратно через жидкокристаллический материал, чтобы подвергнуться следующему четвертьволновому фазовому сдвигу с превращением круговой поляризации в линейную, но в s-плоскости, которая ортогональна р-плоскости. Таким образом, плоскость поляризации отраженного света 61(s), по сути, поворачивается на 90 градусов по отношению к падающему свету 27(р).

В то же время если, например, на ближайшем к внешнему сегменте 506 имеется достаточное напряжение, чтобы повернуть длинные оси молекул жидкого кристалла до такого состояния, чтобы они совпадали с направлением распространения волн 27(р) падающего света, что приводит к исчезновению свойства двойного лучепреломления у жидкокристаллического материала 180, то изменения линейной поляризации света не происходит ни при его первом проходе через жидкокристаллический материал 180, ни при его втором проходе через этот материал 180 после отражения металлическим слоем 186. Следовательно, при условии подачи напряжения на ближайший к внешнему сегмент 506 жидкокристаллического материала 180 отраженный свет 61(р) по-прежнему поляризован в р-плоскости, т.е. той же плоскости, что и падающий свет 27(р).

Многие жидкокристаллические материалы требуют наличия среднего постоянного напряжения смещения, которое равно нулю, что может быть обеспечено за счет управления напряжением V₃ таким образом, чтобы возникала прямоугольная волна с чередованием положительного и отрицательного напряжений в равные промежутки времени. Поэтому, чтобы напряжение в жидкокристаллическом материале 180 отсутствовало, другими напряжениями V₁, V₂ и т.д. можно управлять в фазе со значениями как у V₃. Однако, чтобы подать напряжение в жидкокристаллический материал 180 рядом с конкретным металлическим слоем 186, 188 и т.д. с целью активации конкретного сегмента 506, 508 и т.д., как описано выше, можно управлять соответствующим напряжением V₁ или V₂ и т.д. не в фазе с V₃. Если частота прямоугольной волны координируется со скоростью переключения жидкокристаллического материала 180, для активации этого материала 180 с целью поворота плоскости поляризации света, как описано выше, для V₁, V₂ и т.д. будет достаточно половины цикла не в фазе.

Как упомянуто выше, другие альтернативные конфигурации и известные жидкокристаллические материалы могут изменить результаты приложения напряжения на противоположные. Например, чтобы повернуть плоскость поляризации под напряжением и не влиять на нее, когда напряжение отсутствует, может быть использован закрученный жидкокристаллический материал 180.

Если снова обратиться, в первую очередь, к Фиг.1, но учитывая при этом Фиг.4, световая энергия в луче 27(р), который проходит через поляризатор/анализатор 116, фокусируется как оптическая структура 32 преобразования Фурье на SLM₂ 50. Выбранные активные оптические сегменты, например сегменты 502, 504, 506, 508 в SLM₂ 50 могут поворачивать плоскость поляризации частей падающего луча 27(р) света, как описано выше, чтобы отделить и обособить световую энергию от выбранных частей оптической структуры 32 преобразования Фурье для обнаружения фотодетектором 80. Компьютер 20 может быть запрограммирован таким образом, чтобы подать сигналы по линии 198 в SLM₂ 50 для выбора и координации активации конкретных сегментов, например сегментов 502, 504, 506, 508 с отображением конкретных изображений 12, 14,…, n. Компьютер 20 также может быть запрограммирован на координацию работы лазерного источника 23 через линию 29 для создания требуемой световой энергии 24, когда активируется выбранный сегмент SLM₂ 50.

В качестве альтернативы, s-поляризованный свет 61(s) отражается зеркалом 806 на детектор 80 в пространственном домене. Линза 78 проецирует фильтрованное изображение 12' посредством обособленного луча 61(s) с получением требуемого размера в пространственном домене на детекторной матрице 82 фотодетектора 80.

Фотодетекторная матрица 82, как упомянуто выше, может представлять собой матрицу 16×16 отдельных датчиков 84 света, таких как приборы с зарядовой связью (CCD), как показано на Фиг.1, либо иметь различные другие размеры и конфигурации. Координаты x, y отдельных датчиков 84 в матрице 82, обнаруживающих свет 61(s), могут передаваться (вместе с информацией об интенсивности (I) света) в компьютер 20 или другой контроллер или записывающее устройство по линии 86, где они могут быть связаны с информацией об изображении 12, 14,…, n и об угловом (R) и/или радиальном (S) положении активированного сегмента (сегментов) в сегментированном радиальном SLM 50, который подает луч 61(s) в детектор 80.

Описанный выше процесс пространственной фильтрации и охарактеризование с его помощью изображения 12 по содержимому формы показаны более подробно на Фиг.13а-Фиг.13с, Фиг.14а-Фиг.14с, Фиг.15а-Фиг.15с, Фиг.16а-Фиг.16с и Фиг.17а-Фиг.17с. Сначала обратимся к Фиг.13а, на которой показана активная оптическая зона 54 из Фиг.5 и 6 с примерными секторами 500, 510, 520, 530, 540, 550, 560, 570, 580, 590, 600, 610, 620, 630, 640, 650, но, чтобы избежать ненужных и мешающих подробностей, без электрических дорожек, которые были описаны выше и показаны на Фиг.5-Фиг.7. Как упомянуто выше, секторы могут быть любой требуемой ширины и с любым требуемым угловым положением, но удобной, целесообразной и эффективной конфигурацией будет обеспечение секторов по 11,25°. Например, круг 360° делится на 32 сектора по 11,25° каждый, а полукруг 180° делится на шестнадцать секторов по 11,25° каждый. Далее, как упомянуто выше, распределение световой энергии в любом полукруге оптической структуры 32 преобразования Фурье симметрично с противоположным ему полукругом. Таким образом, в соответствии с этим принципом симметричности, обнаружение структуры световой энергии в одном полукруге оптической структуры 32 FT, например, в полукруге, занимающем область от 0° до 180°, обеспечивает реальную информацию обо всем изображении 12', и обнаружение структуры световой энергии в противоположном полукруге, занимающем область от 180° до 360°, обеспечивает ту же информацию. Следовательно, чтобы избежать беспорядка и лучше разместить электрические дорожки (показаны на Фиг.5-Фиг.7), некоторые из секторов можно расположить в одном полукруге оптической зоны 54 с промежуточными пространствами для размещения электрических дорожек (показаны на Фиг.5 - Фиг.7), в то время как другие секторы можно расположить в противоположном полукруге оптической зоны 54, диаметрально противоположно упомянутым промежуточным пространствам. Например, когда круг разделен на 32 сектора по 11,25° каждый, только 16 из этих секторов, таких как секторы 500, 510, 520, 530, 540, 550, 560, 570, 580, 590, 600, 610, 620, 630, 640, 650, должны быть оптически активными, чтобы обнаружить все содержимое формы в световой энергии, падающей на зону 54. Все 16 таких оптически активных секторов могут быть размещены в одном полукруге зоны 54, либо, как рассмотрено выше, более удобным и более упорядоченным является размещение некоторых из оптически активных секторов в одном полукруге вместе с промежуточными пространствами, а других - в противоположном полукруге, диаметрально противоположно упомянутым промежуточным пространствам. В примере, показанном на Фиг.10а, восемь секторов, например секторы 640, 650, 500, 510, 520, 530, 540, 550, разделенные неактивными зонами 641, 651, 501, 511, 521, 531, 541, размещены в одном полукруге в зоне 54, в то время как оставшиеся восемь секторов 560, 570, 580, 590, 600, 610, 620, 630, также разделенные неактивными зонами 561, 571, 581, 591, 601, 611, 621, могут быть размещены в противоположном полукруге, как показано на Фиг.13а. Когда каждый из 16 активных оптических секторов 500, 510, 520, 530, 540, 550, 560, 570, 580, 590, 600, 610, 620, 630, 640, 650 при такой организации размещен диаметрально противоположно неактивной зоне, симметрия структуры 32 FT (Фиг.1), по сути, позволяет с использованием этих секторов обнаружить все содержимое формы в распределении световой энергии в оптической структуре 32 FT - включая, разумеется, чуть-чуть световой энергии, падающей на участок 41 центральной зоны или рассеиваемой в радиальном направлении дальше за внешние сегменты, которая располагает малосущественным содержимым формы (если оно вообще есть), как рассмотрено выше.

Этот принцип также облегчает разработку и изготовление эффективного SLM₂ 50, выполняющего пространственную фильтрацию, так как для каждого активного оптического сектора может иметься соседний неактивный сектор или зона, доступная для размещения электропроводных дорожек к сегментам, если снова обратиться к Фиг.6 и 7. Например, неактивная зона 651 между активными оптическими 500 и 650 позволяет разместить дорожки 503, 505 и 507 (показаны на Фиг.7) к соответствующим сегментам 502, 504, 506 активного оптического сектора 500. Чтобы создать активные оптические секторы для обнаружения световой энергии, падающей на неактивные зоны, например неактивную зону 501 на Фиг.13а между активными оптическими секторами 500, 510, применяют тот же принцип симметрии, создавая активный оптический сектор 590 в положении, диаметрально противоположном упомянутой неактивной зоне 501. Таким образом, обнаружение световой энергии в активном оптическом секторе 590, по сути, представляет собой обнаружение световой энергии, падающей на неактивную зону 501 между секторами 500, 510. Чтобы разместить активный оптический сектор диаметрально противоположно неактивной зоне, два активных оптических сектора, например секторы 550, 560 размещают рядом друг с другом без какой-либо существенной промежуточной неактивной зоны, в результате чего диаметрально противоположная неактивная зона 631 вдвое больше других неактивных зон. Таким образом, согласно описанному выше принципу симметрии фактически все содержимое формы в световой энергии 34 от оптической структуры 32 FT (Фиг.1) можно обнаружить при помощи шестнадцати 11,25-градусных активных оптических секторов 500, 510, 520, 530, 540, 550, 560, 570, 580, 590, 600, 610, 620, 630, 640, 650.

Теперь возвратимся к Фиг.13а, на которой вертикальное угловое положение произвольно обозначено как 0°, в результате чего горизонтальное угловое положение имеет угол 90°. Каждый активный оптический сектор 500, 510, 520, 530, 540, 550, 560, 570, 580, 590, 600, 610, 620, 630, 640, 650 составляет приблизительно 11,25°. Каждый из активных оптических секторов в направлении по часовой стрелке от сектора 640 к сектору 550 отделен соответствующими неактивными зонами 641, 651, 501, 511, 521, 531, 541 размером 11,25°. Таким образом, каждый активный оптический сектор в направлении по часовой стрелке от сектора 560 к сектору 630 размещен диаметрально противоположно соответствующей неактивной зоне 561, 571, 581, 591, 601, 611, 621. Следовательно, фактически все содержимое формы в распределении световой энергии в структуре 32 FT (Фиг.8), падающей на активную зону 54, может быть обнаружено в 11,25-градусных интервалах при помощи 11,25-градусных секторов 500, 510, 520, 530, 540, 550, 560, 570, 580, 590, 600, 610, 620, 630, 640, 650, размещенных, как описано выше.

Например, содержимое формы в характеризующей его световой энергии, падающей на вертикальный 11,25-градусный сектор 500, центральная ось которого расположена под углом 0°, а также на неактивную зону 581, центральная ось которой расположена под углом 180°, может быть обнаружено, по сути, путем активации активных оптических сегментов 502, 504, 506, 508 сектора 500. Содержимое формы в характеризующей его световой энергии, падающей на 11,25-градусный сектор 590, центральная ось которого расположена под углом 191,25°, а также на неактивную зону 501, центральная ось которой расположена под углом 11,25°, может быть обнаружено, по сути, путем активации активных оптических сегментов сектора 590, так как центральная ось активного оптического сектора 590 расположена диаметрально противоположно неактивной зоне 11,25°. Содержимое формы в характеризующей его световой энергии, падающей либо на 11,25-градусный сектор 510, центральная ось которого расположена под углом 22,5°, либо на неактивную зону 591, центральная ось которой расположена под углом 202,25°, может быть обнаружено путем активации активных оптических сегментов сектора 510. Содержимое формы в характеризующей его световой энергии, падающей либо на 11,25-градусную неактивную зону, центральная ось которой расположена под углом 33,75°, либо на активный сектор 600, центральная ось которого расположена под углом 213,75°, может быть обнаружено путем активации активных оптических сегментов сектора 600, центральная ось которого расположена диаметрально противоположно 33,75° - под углом 213,75°. Содержимое формы в характеризующей его световой энергии, падающей либо на 11,25-градусный сектор 520, центральная ось которого расположена под углом 45°, либо на неактивную зону 601, центральная ось которой расположена под углом 225°, может быть обнаружено путем активации активных оптических сегментов сектора 520. Содержимое формы в характеризующей его световой энергии, падающей либо на 11,25-градусную неактивную зону 521, центральная ось которой расположена под углом 56,25°, либо на активный сектор 610, центральная ось которого расположена под углом 236,25°, может быть обнаружено путем активации активных оптических сегментов сектора 610, центральная ось которого расположена диаметрально противоположно 56,25° - под углом 256,25°. Содержимое формы в характеризующей его световой энергии, падающей либо на 11,25-градусный сектор 530, центральная ось которого расположена под углом 67,5°, либо на неактивную зону 611, центральная ось которой расположена под углом 247,5°, может быть обнаружено путем активации активных оптических сегментов сектора 530. Содержимое формы в характеризующей его световой энергии, падающей либо на 11,25-градусную неактивную зону 531, центральная ось которой расположена под углом 78,75°, либо на активный сектор 620, центральная ось которого расположена под углом 258,75°, может быть обнаружено путем активации активных оптических сегментов сектора 620, центральная ось которого расположена диаметрально противоположно 78,75° - под углом 258,75°. Содержимое формы в характеризующей его световой энергии, падающей либо на 11,25-градусный сектор 540, центральная ось которого расположена под углом 90°, либо на неактивную зону 621, центральная ось которой расположена под углом 270°, может быть обнаружено путем активации активных оптических сегментов сектора 540. Содержимое формы в характеризующей его световой энергии, падающей либо на 11,25-градусную неактивную зону 541, центральная ось которой расположена под углом 101,25°, либо на активный сектор 630, центральная ось которого расположена под углом 281,25°, может быть обнаружено путем активации активных оптических сегментов сектора 630, центральная ось которого расположена диаметрально противоположно 101,25° - под углом 281,25°. Содержимое формы в характеризующей его световой энергии, падающей либо на 11,25-градусный сектор 550, центральная ось которого расположена под углом 112,5°, либо на диаметрально противоположный участок неактивной зоны 631, центральная ось которого расположена под углом 292,5°, может быть обнаружено путем активации активных оптических сегментов сектора 550. Содержимое формы в характеризующей его световой энергии, падающей либо на 11,25-градусный сектор 560, центральная ось которого расположена под углом 123,75°, либо на диаметрально противоположный участок неактивной зоны 631, центральная ось которого расположена под углом 303,75°, может быть обнаружено путем активации активных оптических сегментов сектора 560. Содержимое формы в характеризующей его световой энергии, падающей на 11,25-градусную неактивную зону 561, центральная ось которой расположена под углом 135°, либо на активный сектор 640, центральная ось которого расположена под углом 315°, может быть обнаружено путем активации активных оптических сегментов сектора 640, центральная ось которого расположена диаметрально противоположно 135° - под углом 315°. Содержимое формы в характеризующей его световой энергии, падающей на 11,25-градусный сектор 570, центральная ось которого расположена под углом 146,5°, либо на неактивную зону 641, центральная ось которой расположена под углом 326,25°, может быть обнаружено путем активации активных оптических сегментов сектора 570. Содержимое формы в характеризующей его световой энергии, падающей на 11,25-градусную неактивную зону 571, центральная ось которой расположена под углом 157,5°, либо на активный сектор 650, центральная ось которого расположена под углом 337,5°, может быть обнаружено путем активации активных оптических сегментов сектора 650, центральная ось которого расположена диаметрально противоположно 157,5° - под углом 337,5°. И, наконец, содержимое формы в характеризующей его световой энергии, падающей на 11,25-градусный сектор 580, центральная ось которого расположена под углом 168,75°, либо на неактивную зону 651, центральная ось которой расположена под углом 348,75°, может быть обнаружено путем активации активных оптических сегментов сектора 580.

Хотя было бы ненужным и обременительным иллюстрировать и описывать функциональные возможности всех активных оптических сегментов всех секторов 500, 510, 520, 530, 540, 550, 560, 570, 580, 590, 600, 610, 620, 630, 640, 650 при обнаружении и охарактеризовании формы, может оказаться полезным проиллюстрировать и описать функциональные возможности и результаты активации нескольких репрезентативных примеров активных оптических сегментов в активной оптической зоне 54. Поэтому на Фиг.13а показана активация внешнего сегмента 508 активного оптического сектора 500 путем изображения полос световой энергии 34 от оптической структуры 32 FT, которая падает на внешний сегмент 508 и отражается им. Эти полосы световой энергии 34, которые рассеиваются в оптической структуре 32 FT по вертикали наиболее далеко от центра в радиальном направлении, первоначально исходят от и соответствуют фактически вертикально ориентированным линиям, краям, особенностям или деталям в изображении 12', имеющим более высокую пространственную частоту, таким как фактически вертикальные линии частей 35 бампера и решеток радиатора, показанных на Фиг.13b. Как рассмотрено выше, световая энергия 34 от более замысловатых или близко расположенных друг к другу вертикальных частей или линий 66 (т.е. с более высокой пространственной частотой), например, находящихся в передней области 35 бампера и решетки радиатора автомобиля в изображении 12', рассеиваются дальше от оптического центра или оси 40' в радиальном направлении, что позволяет их обнаружить путем активации внешних сегментов 506, 508 вертикального сектора 500, в то время как световая энергия 34 от менее замысловатых, в большей степени обособленных и "полуобособленных" или расположенных дальше друг от друга вертикальных частей, краев или линий (т.е. с более низкой пространственной частотой), таких как фактически вертикальные части или линии 66' в областях багажника и заднего бампера изображения 12' на Фиг.13b, рассеивается не так далеко в радиальном направлении от оптического центра или оси 40' и будут лучше обнаруживаться внутренними сегментами 502, 504. Интенсивность световой энергии 34 в этих соответствующих полосах рассеивания, как рассмотрено выше, зависит от яркости соответствующих вертикальных особенностей 35, 66, 66' в изображении 12'. Повторимся, что центральный участок 41 активной оптической зоны 54 при желании можно проигнорировать, так как световая энергия 54 поблизости либо в центре или на оси 40 преобразования 32 Фурье (Фиг.1) исходит от особенностей в изображении 12' с очень низкой пространственной частотой или практически ее ни имеющих, таких как общая яркость изображения, которые вносят очень небольшой вклад (если он вообще есть) в определение формы. С другой стороны, как также рассмотрено выше, центральный участок 41 может быть изготовлен как активный оптический компонент, чтобы захватить и выполнить отражение световой энергии, падающей на центральный участок 41, в детектор 80 в качестве критерия общей яркости, что может оказаться полезным при калибровке, регулировании яркости источника света 25(s) (Фиг.1), калибровке измерений интенсивности (I) датчиками 84 в детекторе 80 и т.п.

При отражении активированным внешним сегментом 508 полосы 34 световой энергии фильтруются при проходе через поляризующую светоделительную пластину 70 и проецируются в виде фильтрованной оптической структуры 60, которая состоит, главным образом, из вертикальных линий или полос 62 световой энергии, схематично изображенных на Фиг.9с, на фотодетектор 80 (Фиг.1). Как описано выше, световая энергия в фильтрованной оптической структуре 60 обнаруживается датчиками 84 света в детекторной матрице 82. Интенсивность (I) световой энергии в каждом датчике 84 записывается вместе с местоположением датчика (пикселя), предпочтительно - координатами x, y, и угловым положением (R) сектора 500. Также записывается радиальное положение или масштаб (S) активированного сегмента 508 (указывающее пространственную частоту, как описано выше), например, в виде значений RIXSel, описанных выше. Эти значения могут сохраняться в базе 102 данных связанными с информацией об охарактеризованном изображении 12, такой как идентификатор (ID) изображения, указатель источника (URL, адрес базы данных и т.д.) для изображения 12, цифровой формат, разрешение, цвета, текстура, форма, категория предмета изучения и т.п.

Чтобы продолжить рассмотрение, на Фиг.14а показан ближайший к внутреннему сегмент 504 активного оптического сектора 500, выбираемый для поворота плоскости поляризации выбранных участков полос 34 световой энергии из оптической структуры 32 FT для обособления поляризатором/анализатором 70 с последующим обнаружением при помощи фотодетектора 80. Этот ближайший к внутреннему сегмент 504 также находится в вертикально ориентированном секторе 500, но размещен или имеет масштаб в радиальном направлении ближе к оптической оси 40', чем внешний сегмент 508, который был активирован в предыдущем примере. Поэтому этот ближайший к внутреннему сегмент 504 при его активации захватывает световую энергию 34 в оптической структуре 32 FT, которая также соответствует вертикальным линиям, краям и т.д. изображения 12', но таким линиям, краям и т.д., которые имеют меньшую пространственную частоту по сравнению с выбранным внешним сегментом 508. Например, вместо близко расположенных друг к другу вертикально ориентированных частей 35 бампера и решетки радиатора световая энергия 34 от оптической структуры 32 FT, выбранная ближайшим к внутреннему сегментом 504, может в большей степени характеризовать более пространственно "полуобособленный", вертикальный край 66' крышки багажника и другие вертикальные линии и края 66 похожего "полуобособления" в изображении 12' автомобиля на Фиг.13b. Таким образом, полосы 62 световой энергии в получаемом в результате фильтрованном луче 61(s), как показано в оптической структуре 60 на Фиг.14с, характеризуют такое вертикальное содержимое 66, 66' формы с более низкой пространственной частотой в изображении 12'.

Другой пример угловой ориентации световой энергии 34 от оптической структуры 32 FT проиллюстрирован на Фиг.15а-Фиг.15с. Ближайший к внешнему сегмент 526 в этом примере активируют, чтобы захватить свет от линий, краев или особенностей, проходящих в радиальном направлении под углом 45° от вертикали. Такая световая энергия 34 характеризует линии, края или особенности в изображении 12', проходящие под углом приблизительно 45° и имеющие некоторую пространственную частоту, т.е. не являющиеся обособленными, возможно, такие как оконный косяк 67, являющийся несущим элементом для крыши, на Фиг.15b. Такие линий, расположенные под углом 45° в изображении 12', имеющие даже еще меньшую пространственную частоту, т.е. даже более обособленные, например, участки краев 67' крыла и капота, могут быть захвачены в большей степени при помощи ближайшего к внутреннему сегмента 524 или внутреннего сегмента 522, хотя возможно, что некоторая часть этой световой энергии также могла бы быть захвачена при помощи ближайшего к внешнему сегмента 506. Фильтрованный луч 61(s) с оптической структурой 60 для этого содержимого формы, расположенного под углом 45°, имеют полосы 62 световой энергии, расположенные под углом приблизительно 45°, как схематично изображено на Фиг.15с. Такие полосы 62 световой энергии обнаруживаются датчиками 84 в фотодетекторе 80 (Фиг.1), а также записываются и сохраняются как характеристика пространственной частоты содержимого формы, расположенного под углом 45° в изображении 12'.

Захват и обнаружение горизонтальных участков линий, краев и особенностей 68, 68' изображения 12' с соответственными пространственными частотами, если они присутствуют в изображении 12', выполняется за счет активации одного или более сегментов 542, 544, 546, 548 горизонтального сектора 540, который расположен под углом 90° относительно вертикали 0°. Часть световой энергии 34, которая отражается каждым активированным сегментом 542, 544, 546, 548 горизонтального сектора 540, характеризует все из, по существу, горизонтальных особенностей, частей и линий 68 с соответственными пространственными частотами в изображении 12', которые соответствуют световой энергии (если она имеется), падающей на эти сегменты в плоскости 32 FT, как показано на Фиг.16b. Некоторые криволинейные особенности, части или линии в изображении 12' содержат участки или сегменты 68' линий, которые также фактически горизонтальны, поэтому эти горизонтальные участки или сегменты 68' линий также вносят вклад в световую энергию 34, которая отражается горизонтальным сектором 540 на Фиг.16а. Полосы 62 световой энергии в отфильтрованной структуре 60, показанной на Фиг.16с, возникающие из-за горизонтального положения активированных сегментов 542, 544, 546, 548 на Фиг.16а, также расположены фактически горизонтально и указывают на все или некоторые характеристики 68, 68' формы изображения 12', которые расположены фактически горизонтально. Повторимся, что внутренние сегменты 542, 544 активируют, чтобы обнаружить полосы 34 световой энергии от оптической структуры 32 FT, которая рассеивается ближе к оптической оси 40', поэтому они характеризуют горизонтальное содержимое формы в изображении 12', имеющее более низкую пространственную частоту, в то время как горизонтальное содержимое формы с более высокой пространственной частотой может быть обнаружено путем активации внешних сегментов 546, 548 горизонтального сектора 540. Итак, обнаружение полос 62 световой энергии, показанных на Фиг.16с, детекторной матрицей 82 (Фиг.1), облегчает кодирование и запись горизонтальных характеристик формы изображения 12', как было описано выше.

Чтобы рассмотреть описанное выше свойство симметричного обнаружения световой энергии, на Фиг.17а изображен еще один примерный активированный сегмент 598 в секторе 590. Как рассмотрено выше, полосы 34 световой энергии в оптической структуре 32 FT, которые падают на неактивную зону между активными оптическими секторами 500, 510, симметричны диаметрально противоположным полосам 34 световой энергии, которые падают на активные оптические сегменты 592, 594, 596, 598 в секторе 590. Таким образом, активация сегмента, например внешнего сегмента 598, как изображено на Фиг.17а, сделает возможным эффективное обнаружение того же самого содержимого формы, что и в диаметрально противоположной, эквивалентной световой энергии 34, которая падает между сегментами 508, 518 соответствующих секторов 500, 510. Аналогичным образом, активация любого другого сегмента 592, 594, 596 делает возможным эффективное обнаружение содержимого формы в других диаметрально противоположных частях световой энергии, которая падает в неактивную зону 501 между активными секторами 500 и 510. Таким образом, обнаружение световой энергии 34, падающей на сектор 590, центральная ось которого расположена под углом 191,25° в примере на Фиг.17а, эквивалентно обнаружению световой энергии 34, падающей на неактивную зону 501, центральная ось которой расположена под углом 11,25°. Также справедливо обратное, т.е. обнаружение световой энергии 34, падающей на вертикальный сектор 500, как изображено на Фиг.9а и 10а и описано выше, эквивалентно обнаружению световой энергии от оптической структуры 32 FT, падающей на неактивную зону 581 между активными секторами 580 и 590.

Если снова обратиться к Фиг.17а-Фиг.17с, световая энергия 34, обнаруженная в секторе 590, соответствует содержимому 69 формы, такому как линии, края, участки кривых и т.п. в изображении 12', расположенные под углом, фактически составляющим приблизительно 191,25°, которые с учетом симметричности также могут быть выражены как расположенные под углом 11,25°. Полосы 62 световой энергии в отраженной и фильтрованной оптической структуре 60 также имеют то же самое угловое положение, что характеризует линейное содержимое формы в изображении 12', имеющее то же угловое положение и имеющее более высокую пространственную частоту, если оно отражается внешними секторами 596, 598, или более низкую пространственную частоту, если оно отражается внутренними секторами 592, 594. Оптические структуры 60, возникающие в результате из таких различных отраженных частей оптической структуры 32 FT, обнаруживаются датчиками 84, находящимися в детекторной матрице 82, для записи и хранения, как описано выше.

К данному моменту должно стать ясно, что любое конкретное угловое положение R сегментов секторов в активной оптической зоне 54 будет делать возможным обнаружение всех характеристик формы изображения 12', которые фактически имеют то же угловое положение R. Также должно стать ясно, что расстояние между сегментами в радиальном направлении от центра или масштаб (S) сегментов связан с пространственной частотой таких характеристик формы. Итак, все характеристики формы изображения 12' могут быть обнаружены путем обнаружения полос 62 соответствующих фильтрованных структур 60 с использованием сегментов во всех угловых положениях. Однако, как упомянуто выше, для большинства целей достаточно обнаружить некоторые, в предпочтительном случае - большинство, но не обязательно все характеристики формы изображения 12' путем выборочного обнаружения полос 34 световой энергии фильтрованных структур 60, имеющих угловое расположение или поворот R, которые получают путем определенных выбранных приращений. Очевидно, что, чем больше приращение при задании углового положения секторов, где обнаруживаются полосы 34 световой энергии, тем менее будут точны обнаруженные характеристики или содержимое формы изображения 12'. С другой стороны, чем меньше приращения углового положения, тем больше данных будет необходимо обрабатывать. Таким образом, при выборе угловых приращений положения секторов, в которых будут обнаруживаться и записываться полосы 34 световой энергии, может потребоваться найти некоторый баланс между необходимой или желаемой точностью характеристик формы и скоростью и эффективностью обработки и сохранения данных, требуемыми для работы с такой точностью. Например, но не подразумевая под этим ограничения, предполагается, что обнаружение и запись характеристик формы при угловых приращениях в диапазоне приблизительно от 5 до 20 градусов, в предпочтительном случае составляющих 11,25 градуса, будет приемлемым для большинства целей. Кроме того, может изменяться угловая зона обнаружения. Например, даже если активные оптические секторы для обнаружения характеристик форм расположены под углом 11,25°, активные оптические зоны могут быть узкими, например, где-то в диапазоне от 3° до 8°, что будет приводить к отфильтровыванию некоторой части световой энергии от оптической структуры 32 FT между секторами. Однако такая потеря световой энергии от неактивных зон между секторами или от других секторов, вытянутых в радиальном направлении, как рассмотрено в других местах этого описания, может не оказать неблагоприятного влияния на охарактеризование формы при использовании настоящего изобретения в зависимости от вариантов применения технологии для конкретных проблем или целей.

Вместо вытянутых в радиальном направлении активных оптических секторов и сегментов секторов клиновидной формы, которые описаны выше, альтернативная конфигурация может состоять из вытянутых в радиальном направлении активных оптических модуляторов прямоугольной формы, которые схематично изображены на Фиг.18. Эти модуляторы 500', 510', 520', 530', 540', 550', 560', 570', 580', 590', 600', 610', 620', 630', 640', 650', имеющие прямоугольную форму, могут быть расположены под теми же или другими углами, что и описанные выше секторы клиновидной формы, и каждое угловое положение может содержать несколько прямоугольных активных оптических сегментов, таких как сегменты 502', 504', 506', 508' модулятора 500'. При такой конфигурации не захватывается так же много падающей световой энергии оптической структуры 32 FT (Фиг.1), как описанными выше сегментами и секторами клиновидной формы, но разрешение для формы может быть выше.

Другой, хотя и менее эффективный вариант реализации настоящего изобретения изображен на Фиг.19, где требуемые секторы и сегменты, которые показаны пунктирными линиями, могут быть образованы путем одновременной активации выбранных групп элементов - пространственных модуляторов 732 света в пространственном модуляторе 730 света, по типу относящемся к матрице из пикселей. Например, виртуальный внешний сегмент 508" вертикального сектора 500" может быть активирован путем одновременной активации группы 508" пиксельных элементов 602 модулятора, имеющей вид сегмента.

Хотя отражательная конструкция пространственного модулятора света, описанная выше при рассмотрении поперечного сечения на Фиг.8, применима ко всем конфигурациям SLM₂ 50, которые описаны выше, с каждой из этих конфигураций, например, как в описанном выше примере, показанном на Фиг.2, также может быть использована альтернативная конструкция 50' пространственного модулятора света пропускающего типа, изображенная на Фиг.20. В данном варианте 50' металлические отражающие слои 186, 188 заменены прозрачными проводящими слоями 186', 188', например, из оксида индия - олова (ITO) или любого из ряда других хорошо известных прозрачных проводящих материалов. В результате плоскость поляризации падающего света 27(р) может быть повернута или нет в зависимости от того, подается напряжение V на слой 186' или слой 188', но вместо отражения свет пропускается через устройство 50' для его выхода в виде световой энергии 61(s) или 61(р), как указано на Фиг.17. Это устройство закреплено по периферии в основании 56, в результате чего основание 60 не мешает распространению света 61(s) и 61(р). Могут потребоваться тип жидкокристаллического материала 180' и/или толщина этого материала, которые отличаются от типа жидкокристаллического материала 180 и его толщины, используемых для варианта реализации настоящего изобретения, показанного на Фиг.8, так как свет проходит через жидкокристаллический материал 180' только один раз. Однако такие материалы легко доступны, а способы их применения хорошо известны в данной области техники, и они могут быть использованы специалистами в этой области после того, как им станут понятны принципы настоящего изобретения. Кроме того, так как свет 61(s) пропускается, а не отражается, также может возникнуть необходимость разместить поляризатор/анализатор 70 за выполняющим пространственную фильтрацию SLM 50', соответствующим Фиг.17, как показано на Фиг.2, вместо размещения перед ним.

В приведенном выше описании содержимое формы изображения с требуемым угловым положением (R) и масштабом (S) захватывается путем маскирования или блокирования всего прочего света в плоскости 32 FT, препятствующего достижению им детектора 80, в результате чего только световая энергия от сегмента плоскости 32 FT с этим угловым положением (R) и масштабом (S) проецируется обратно в пространственный домен для обнаружения. Однако специалистам в данной области техники будет понятно, что охарактеризование и кодирование формы с использованием описанных выше компонентов также может быть реализовано в "негативе". Другими словами, вместо задействования одного или нескольких сегментов и/или секторов для получения содержимого формы, соответствующего угловому положению или повороту (R) и/или радиальному расстоянию (S) конкретных секторов и/или сегментов, как описано выше, также можно задействовать все другие секторы и сегменты в активной оптической зоне 54, но не задействовать определенный сектор и/или сегменты, чтобы получить негатив или инверсию для содержимого формы изображения. Эта процедура может быть повторена для всех секторов и сегментов с требуемым угловым положением (R) и/или масштабом (S), в результате чего совокупность собранной и записанной информации, касающейся распределения световой энергии, представляет собой негатив или инверсию для всего содержимого формы изображения 12'.

Например, если снова обратиться к Фиг.9а-Фиг.9с, негатив или инверсия вертикального содержимого формы на Фиг.9а в пространственном домене после оптической фильтрации в плоскости 32 FT при помощи выполняющего пространственную фильтрацию SLM₂ 50 (Фиг.1) будет выглядеть как горизонтальные линии 706, по внешнему виду аналогичные показанным на Фиг.9с, при этом вертикальные линии 704 будут отфильтрованы из пространственного изображения незадействованным внутренним сегментом 502 вертикального сектора 500. Если имелось другое содержимое формы, кроме квадратов, на Фиг.9а, то такое дополнительное содержимое формы также будет появляться в пространственных изображениях - негативах, пока оно не имеет вертикального положения и не находится в диапазоне пространственных частот, который отфильтровывается из изображения внутренним сегментом 502. Аналогичным образом, негатив или инверсия горизонтального содержимого формы на Фиг.9а в пространственном домене после оптической фильтрации в плоскости 32 FT при помощи сегментированного радиального SLM 50 будет выглядеть как вертикальные линии 704, по внешнему виду аналогичные показанным на Фиг.9b, при этом горизонтальные линии будут отфильтрованы из пространственного изображения.

Если продолжать рассмотрение дальше, негатив пространственно отфильтрованного изображения 60 автомобиля, показанного на Фиг.13b, будет включать все содержимое формы этого автомобиля за исключением вертикальных линий 62', показанных на Фиг.13с. Те же отличия будут применимы к негативам для Фиг.14с, 15с, 16с и 17с.

Повторимся, что, как и в случае пространственных изображений-позитивов для содержимого формы, такие пространственные изображения-негативы или инверсии могут обнаруживаться в детекторе 80 (Фиг.1) попиксельно в соответствии с их положением в координатах x-y и интенсивностью (I) и обрабатываться для сохранения вместе с угловым положением (R), а также, если требуется, радиальным масштабом (S) незадействованных секторов и сегментов, как описано выше. Кроме того, данные фильтрованного изображения-негатива могут быть конвертированы в данные фильтрованного изображения-позитива и наоборот, как будет понятно специалистам в данной области техники.

Хотя выше был описан ряд примерных воплощений на практике, аспектов и вариантов реализации настоящего изобретения, специалистам в данной области техники будут очевидны другие модификации, сочетания, дополнения и подкомбинации, не выходящие за пределы сущности и объема заявляемого изобретения. Таким образом, подразумевается, что приложенная Формула изобретения с ее возможными последующими изменениями должна пониматься и восприниматься как включающая все такие модификации, дополнения, а также подкомбинации и эквиваленты, не выходящие за пределы ее действительной сущности и объема, без ее ограничения конкретной конструкцией и способом, которые продемонстрированы и описаны выше. Предполагается, что слова "содержат", "содержит", "содержащий", "составленный из", "состоит из", "состоящий из", "включают", "включающий" и "включает" при их использовании в этом описании и в приложенной формуле изобретения указывают наличие перечисленных признаков, объектов, компонентов или этапов, но не исключают наличия или добавления одного или более других признаков, объектов, компонентов, этапов, либо их групп.

Изобретение относится к обработке оптических изображений. Техническим результатом является обеспечение отсутствия ограничения на общий размер оптической системы, на расположение оптических компонент системы. Оптическая система (800) с нежесткой взаимосвязью, перекрыванием и без обратной связи, предназначенная для пространственной фильтрации оптических структур преобразования Фурье и охарактеризования формы изображения, содержит первую оптическую подсистему (810), которая включает линзу (30) для фокусировки поляризованного когерентного луча (27) в фокальную точку (31), устройство (26) ввода изображения, выполняющее пространственную модуляцию фазы и размещенное между линзой (30) и фокальной точкой (31), и пространственный фильтр (50) в области структуры (32) преобразования Фурье, и вторую оптическую подсистему (820), перекрывающую первую оптическую подсистему (810), которая включает проекционную линзу (78) и детектор (80). Вторая оптическая подсистема (820) оптически взаимосвязана с первой оптической подсистемой (810). 2 н. и 20 з.п. ф-лы, 34 ил.

1. Устройство для обработки оптического изображения с целью обособления содержимого формы и охарактеризования этого оптического изображения, содержащее:
источник когерентного, монохроматического света, выполненный с возможностью распространения луча поляризованного в плоскости, когерентного, монохроматического света по пути луча;
первую оптическую подсистему, содержащую: фокусирующую линзу, размещенную на пути луча и выполненную такой формы, чтобы фокусировать луч в фокальную точку, расположенную в фокальной плоскости, устройство ввода изображения, размещенное между фокусирующей линзой и фокальной точкой, причем устройство ввода изображения выполнено с возможностью модулирования луча света с изменениями фазы, имеющими пространственное распределение, что приводит к получению подвергнутого дифракции света изображения в луче, и пространственный фильтр, размещенный в том месте луча, где для изображения присутствует структура, полученная в результате преобразования Фурье; и
вторую оптическую подсистему, перекрывающую первую оптическую подсистему на пути луча и содержащую: проекционную линзу, фокальные точки которой расположены на соответствующих фокусных расстояниях с противоположных сторон от этой линзы, и детектор, причем вторая оптическая подсистема оптически взаимосвязана с первой оптической подсистемой с использованием упомянутой проекционной линзы, обе фокальных точки которой расположены на пути луча между устройством ввода изображения и детектором, а также с использованием пространственного фильтра, имеющего оптическое расположение между устройством ввода изображения и проекционной линзой.

2. Устройство по п.1, в котором устройство ввода изображения размещено в любом месте между упомянутыми фокусирующей линзой и фокальной точкой, где луч освещает все изображение в целом.

3. Устройство по п.2, в котором проекционная линза размещена в любом месте между упомянутыми пространственным фильтром и детектором, где она масштабирует изображение, полученное от устройства ввода изображения, до размера, требуемого на детекторе.

4. Устройство по п.2, в котором устройство ввода изображения включает в себя пикселированный пространственный модулятор света, создающий изображение, который модулирует фазу света в луче на попиксельной основе, чтобы повернуть плоскость поляризации и подвергнуть свет дифракции таким образом, чтобы в луч записалось изображение.

5. Устройство по п.4, включающее в себя поляризатор/анализатор, размещенный между пространственным модулятором света, создающим изображение, и пространственным фильтром, чтобы разделять пиксели света, поляризованного в разных плоскостях, для пропускания света, содержащего изображение, в направлении детектора, и удалять из луча свет, не являющийся частью изображения.

6. Устройство по п.5, в котором пространственный модулятор света, создающий изображение, является отражающим пространственным модулятором света, записывающим изображение в луч при помощи жидкокристаллического материала, расположенного рядом с плоскостью отражения, отражающей луч света, и в котором отражающий пространственный модулятор света ориентирован таким образом, чтобы угол падения упомянутого луча на плоскость отражения в пространственном модуляторе света, создающем изображение, превышал ноль градусов.

7. Устройство по п.6, в котором угол падения луча на плоскость отражения в пространственном модуляторе света, создающем изображение, является достаточно большим, чтобы любой свет в луче, отраженном поляризатором/анализатором обратно в пространственный модулятор света, отражался в этом модуляторе упомянутой плоскостью отражения.

8. Устройство по п.7, в котором пространственный фильтр содержит фильтрующий пространственный модулятор света, содержащий плоскость фильтрации, ориентированную оптически параллельно создающему изображение пространственному модулятору света, где для изображения выполняют преобразование Фурье.

9. Устройство по п.8, в котором детектор имеет плоскость обнаружения, оптически параллельную плоскости создания изображения.

10. Устройство по п.8, в котором пространственный фильтр выполнен с возможностью пространственного выбора света в вытянутых в радиальном направлении секторах, где для изображения происходит преобразование Фурье с целью его проецирования на детектор.

11. Устройство по п.10, в котором детектор содержит матрицу из датчиков, а проекционная линза выполнена такой формы и таким образом размещена между фильтрующим пространственным модулятором света и детектором в том месте, где выполняют масштабирование изображения, фильтрованного при помощи фильтрующего пространственного модулятора света, чтобы это соответствовало размерам датчиков и/или групп датчиков в детекторе.

12. Устройство по п.10, в котором:
при помощи фильтрующего пространственного модулятора света выполняют пространственную фильтрацию преобразования Фурье, выполненного для изображения, путем активации жидкокристаллического материала на выбранных участках плоскости фильтрации, чтобы повернуть плоскость поляризации света в выбранных частях луча; и
поляризатор/анализатор размещен в луче между фильтрующим пространственным модулятором света и детектором, чтобы препятствовать достижению этого детектора теми частями луча света, которые не выбраны.

13. Устройство по п.2, в котором лучу придают расходящуюся форму перед фокусирующей линзой, чтобы осветить все изображение в целом.

14. Способ обработки оптического изображения с целью обособления содержимого формы и охарактеризования этого оптического изображения, содержащий этапы, на которых:
реализуют распространение луча когерентного, монохроматического света по пути луча через фокусирующую линзу, размещенную на этом пути луча для фокусировки луча в фокальную точку на фокальной плоскости;
освещают изображение объекта в луче между фокусирующей линзой и фокальной точкой таким образом, чтобы выполнить пространственную модуляцию луча света путем наложения пространственно распределенных фазовых изменений, что приводит к получению подвергнутого дифракции света изображения объекта в луче, в результате чего для изображения объекта возникает преобразование Фурье в фокальной плоскости фокусирующей линзы;
выполняют пространственную фильтрацию луча в том месте, где существует структура преобразования Фурье для изображения объекта; и
проецируют изображение объекта в пространственно фильтрованном луче на детектор с использованием проекционной линзы, которая размещена таким образом, чтобы ее фокальные точки находились между изображением объекта и детектором.

15. Способ по п.14, включающий в себя запись изображения объекта в луч в плоскости создания изображения с использованием пикселированного пространственного модулятора света, который модулирует фазу света в луче на попиксельной основе, чтобы повернуть плоскость поляризации и подвергнуть свет дифракции, как это необходимо для изображения объекта.

16. Способ по п.15, включающий в себя пропускание луча, содержащего изображение объекта, через поляризатор/анализатор для разделения пикселей света, поляризованного в разных плоскостях, чтобы блокировать нежелательный свет и пропускать свет, содержащий изображение объекта.

17. Способ по п.16, включающий в себя размещение плоской отражающей поверхности в плоскости создания изображения или рядом с ней, и ориентирование плоскости создания изображения и плоской отражающей поверхности таким образом, чтобы угол падения луча на плоскость создания изображения и плоскую отражающую поверхность был достаточен для отражения любого света, возникающего в виде обратной связи, отраженного от поляризатора/анализатора на плоскость создания изображения, чтобы он не попал на детектор.

18. Способ по п.17, включающий в себя пространственную фильтрацию луча в том месте, где возникает преобразование Фурье для изображения объекта, с использованием пространственного модулятора света, который имеет плоскость фильтрации, расположенную в луче оптически параллельно плоскости создания изображения, и который поворачивает плоскость поляризации света на выбранных участках плоскости преобразования Фурье, как выбрано для отделения от оставшейся части света в луче.

19. Способ по п.18, включающий в себя блокирование света, который не выбран для достижения детектора с использованием поляризатора/анализатора, в результате чего только выбранные части света достигают детектора для получения фильтрованного изображения на этом детекторе.

20. Способ по п.19, включающий в себя обнаружение изображения объекта, отфильтрованного при помощи фильтрующего пространственного модулятора света, на детекторной плоскости детектора, которая ориентирована оптически параллельно плоскости создания изображения, то есть физически параллельно плоскости создания изображения либо перпендикулярно плоскости создания изображения, если луч изменен на ломаный с использованием спектрального зеркала.

21. Способ по п.15, включающий в себя размещение плоскости создания изображения в любом месте между фокусирующей линзой и ее фокальной точкой, где луч освещает все пиксели изображения объекта.

22. Способ по п.21, включающий в себя изменение луча на расходящийся перед тем, как он достигнет фокусирующей линзы, чтобы полностью осветить все пиксели изображения объекта.