Устройство для обработки изображений Советский патент 1984 года по МПК G06G9/00 

Изобретение относится к оптоэлектронике и может быть использовано в схемах оптической обработки информации для сравнения изображений, вьщеления различий изображений объектов путем их вычитания. Известно устройство обработки изо ражений на основе фоточувствительной структуры, позволяющее осуществлять вычитание изображений. Устройство со держит фоточувствительную структуру, состоящую из полупроводниковой пластины с дизлектрическими слоями на об их ее сторонах, заключенной между прозрачными металлическими электрода ми, подключенными к коммутируемому источнику питающего напряжения C JНедостатком данного устройства яв ляется высокое питающее напряжение (до 4 кВ), создающее опасность при эксплуатации, а также технические трудности при коммутации столь высокого напряжения. Известно также устройство на осно ве фоточувствительной структуры, содержащей электрооптический и полупро водниковьй слои, заключенные между м таллическими электродами, подключенными к источнику питающего напряжения . Вычитание изображений производится в нем путем экспозигцш Полупро водникового слоя первым из вьритаемых изображений при определенной полярно ти питающего напряжения, затем производится смена полярности напряжения и экспозиция вторым из вычитаемых изображений. При этомпотенциальный рельеф на границе полупроводникового и электрооптического слоя будет пропорциональным разнице обоих вычитаемых изображений, что обнаруживается в оптическом отклике электроаптического слоя 2}. Недостатком указанного устройства является высокое питающее напряжени а также невозможность вычитания изображений, существующих одновременно. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому является устройство дл обработки изображений на основе фото чувствительной структуры металлический электрод - диэлектрик - полупроводниковая пластина с диодными слоя- ми на обеих ее сторонах - электрооптический слой - металлический электрод, содержащее источник переменного напряжения, подключенный к металлическим электродам, и оптические ка... 291 налы загшси и считывания изображения. Это устройство способно вьщелять нестационарные объекты на квазистационарном фоне t3|. Недостатком известного устройства является узость его функциональных возможностей, в том числе невозможность производить вычитание изображений. Цель изобретения - расширение функ-циональных возможностей, а именно обеспечение вычитания изображения. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для обработки изображений, содержащее источник питающего напряжения, выходы которого подключены к металлическим прозрачным электродам фоточувствительной структзфы, выполненной в виде последовательно расположенных слоев первого металлического прозрачного электрода диэлектрика - полупроводниковой пластины с выцрямительными слоями на обеих ее сторонах - электрооптического слоя - второго металлического прозрачного электрода, блок записи изображения, выход которого onTH4eckH связан с первым металлическим прозрачным электродом фоточувствительной структуры, и блок считывания, который входом оптически связан с вторым металлическим прозрачным электродом фоточувствительной структуры, введен дополнительный блок записи изображения, который оптически связан с вторьм металлическим прозрачным электродом фоточувствительной структуры, причем толщина выпрямительных слоев Ujv. и время релаксации проводимости электрооптичёского слоя Тд| определяются из условий: ,, , т т, где L п - толщина полупроводниковой пластины и - глубина проникновения света в полупроводниковую пластиayjвременной интервал между моментами включения вычитаемых изображений} длительность -полупериода питающего напряжения/ время формирования оптического отклика электрооптического слоя. На фиг.1 показано устройство для бработки изображений, общий вид} на фиг. 2 - эквивалентная электрическая схема устройства, на фиг.З - вариант устройства. Фоточувствительная структура 1 вьтолнена в виде последовательно расположенных слоев диэлектрика 2, полупроводниковой пластины 3 с вьшрями(Тельными слоями 4 на обеих ее сторонах и электрооптического слоя 5, которые расположены между первым 6 и вторым 7 металлическими прозрачными электродами. Устройство содержит источник питающего напряжения 8, блок 9 записи изображения, дополнительный блок 10 записи изображения, блок 11 считывания, емкость 12 диэлектрика 2, сопротивление 13 объема полупроводниковой пластины 3, диоды 14, соответствующие выпрямительным слоям 4, емкость 15 и сопротивление 16 электрооп тического слоя 5, коммутатор 17 переключения изображений. Устройство работает следующим образом. При подаче переменного напряжения от источника 8 на электроды 6 и 7 структуры 1 оно распределяется в основном между пластиной 3 и слоем 5 в соответствии с их импедансами. Поскольку диоды 14 на эквивалентной схеме включены встречно, то на емкости 15, т.е. на слое 5 падает только переменное напряжение. При этом напря жение источника 8 можно выбрать соответствующим заданному уровню электрооптического чгтклика слоя 5. При проецировании одного из вычитаемых изображений, например через блок 9, сопротивление соответствующего диода 14, т.е. слоя 4, на освещенном участк 5тадет пропорционально интенсивности света в данной точке изображения. Неосвещенный диод 14 будет работать как однополупериодный вьшрямитель, нагрузкой которого служат параллельно соединенные емкость 15 и сопротивление 16. Если время релаксации проводи мости слоя 5, т.е. время разрядки указанной RC-цепочки 15 и 16 болвше длительности полупериода питакмцего ЯА пряжения источника 8, то на слое 5 . окажется выпрямленное напряжение, ве личина которогЬ тем больше, чем.боль ше интенсивность света-в данной точк Выпрямленное напряжение обуславливае появление отклика слоя 5, т.е. сигна ла на выходе блока считывания Т1. При одновременном освещении обоих диодов 14 светом одинаковой интенсивности никакого вьтрямленного напряжения на слое 5 не будет, не будет и . сигнала на выходе устройства. При этом, чтобы на слое 5 не првьшгалось переменная составляющая напряжения,что также бы вызвало отклик в слое 5, т.е. ложньй сигнал на выходе, необходимо полное поглощение света в выпрямительных слоях 14, дабы не уменьшилось сопротивление 13, а также необходима существенно меньшая толщина выпрямительных слоев 4 по сравнению с толщиной пластины 3. Таким образом, при освещении лишь одного из вьшрямительных слоев 4 на слое 5 оказывается вьтрямленное напряжение, вызывающее оптический отклик и появление сигнала на выходе. При одновременном освещении обоих диодов 14 выпрямления нет, нет и сигнала на выходе (очевидно, что то же наблюдается и при отсутствии обоих изображений). Следовательно, реализуется вычитание одновременно подаваемых через блоки 9 и 10 изображений. При неодновременной подаче изображений временной интервал между моментами включения изображений должен быть меньше времени релаксации проводимости слоя 5. В противном случае к моменту включения второго изображения потенциальньй рельеф, повторяющий распределение интенсивности света в первом изображении, исчезает k вычитания выпрямленных напряжений не происходит. Кроме того, если отклик слоя 5 успевает сформироваться до начала действия второго, то, хотя и происходит г вычитание потенциальных рельефов, в силу обычной для электрооптических сред (жидких кристаллов в первую очередь) инерции, не происходит вычитания изображений в отливе слоя 5. Для безынерционной среды слоя 3 интервал определяется тЬлько временем разрядки слоя 5. В варианте устройства (фиг.З) оба канала 9 и 10 записи связаны через один электрод 6 с одной стороной ; пластины 3 посредством коммутатора 17. В этом случае изображения оббих вычитаемых сигналов действуют на один из слоев 4 в разное время. Если бы оба. изображения совпадали, то они воспринимались быструктурой 1 так же, как одно стационарное изображение. Пог скольку структура 1 подавляет ста1ЩО

нарные изображения, то сигнал на выходе блока 11 отсутствует. Если же изображения разнятся в какой-либо точке, то это различие воспринимается как нестационарность и только это различие воспроизводится на выходе блока 11 в виде сигнала разности.

При создании серии устройства, в качестве полупроводниковой пластины 3 используют кристадпы арсеиида галЛИЯ толщиной 200 мкм и удельным сопротивлением 10 Ом-см. Выпрямительные слои 4 получены путем механической полировки шластины 3. Соответствуняцее искривление знергетических зон составляет мВ, толщина слоев 4-6 мкм. Диэлектрический слой 2 из двуокиси кремния имеет толщину 0,3 мкм. Электрооптический слой 5 выполнен из иематического жидкого кристалЛа толщиной 5 мкМ, металлические электроды 6 и 7 - из окиси индия толщиной О, 1-0,2 мкм. Напряжение источника 8 частотой 20 кГц и более имеет действующее значение 60-80 В. Свет с длиной волны 633 нм поглощается внутри слоя толщиной 1-2 мкм, т.е. внутри выпрямительного слоя 4, и вызывает появление выпрямленного напряжения на слое 5 амплитудой 10-20 В, что достаточно для развития оптического отклика в слое 5 в течение 2-5 мс яятенсивность света при этом 3-5 мВт/см). В течение этого времени подают второе изображение, в результате чего йа выходе блока 11 появляется разностное изображение. При меньшей интенсивности (до 5-10 мкВт/см) или (и) большей

толщине слоя 5 жидкого кристалла (ТО мкм) время отклика слоя 5 увеличивается до 40-60 мс, -и максимальный временной интервал между изображенияtm ограничивается временем релаксации проводимости слоя 5, которое для жидкого кристалла удельным сопротивлением 10 Ом.см и относительной диэлектрической проницаемостью 10 составляет около 10 мс. Максимальное время может составлять 1-100 с и более при использовании жидких кристаллов и других электрооптичёских материалов с бо тьшим сопротивлением.

Испытание показало, что предложенное устройство позволяет вычитать полутоновые изображения как одновременно подаваемые, так и с интервалом 0-5 мс. Оно имеет большую чувствительность, более низкое питающее напряжение и более широкий спектральный диапазон чувствительности. В устройстве проще происходит управление процессом вычитания изображений, поскольку в большинстве случаев отсутствует необходимость в какой-либо синхронизации питающего напряжения с моментами включения экспозиции. Предложенное устройство может быть использовано для вычитания изображений с целью выявления, например, сезонных изменений земной поверхности в случае аэрокосмической фотосъемки, изменений«облачного покрогва при анализе метеоснимков, и т.д. Обладая высокой чувствительностью, устройство может быть использовано при анализе малоосвещенных сцен в реальном масштабе времени.

Фиг.1

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАБОТКИ ИЗОБРАЖЕНИЙ, содержащее источник питак его напряжения, выходы которого под(шючены к металлическим прозрачным электродам фоточувствительной структуры, вьшолненной в виде цоследовательно располшсенных слоев первого металлического прозрачного электрода диэлект1)ика - полупроводниковой пластины с выпрямительными слоями на обеих ее сторонах - электрооптического, слоя - второго металлического прозрач , ного электрода, блок записи изображения, выход которого оптически связан с первым металлическим прозрачным электродом фоточувствительной структуры, и блок считьшания, который f входом оптически связан с вторым ме- ; таллическим прозрачным электродом фазочувствительной структуры, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможное- . тей за счет, выполнения операции-вычитания изображений, в него введен дополнительный блок записи изображения, который оптически связан с вторым металлическим прозрачным электродом фоточувствительной структуры, причем толщина выпрямительных слоев i и время релаксации проводимости электрооптического слоя 1 определяются Из условий: .U , , f т, где L,- - толпе1на полупроводниковой пластины; U, глубина проникновения света в полупроводниковую пластину, временной интервал между моТ I. ментами включе1|ия вычитаемых изображений; длительнрсть полупериода питакицего напряжения; - время формирования оптического отклика злектроопти- ческого слоя.

Т и