Некогерентный двумерный анализатор спектра Советский патент 1984 года по МПК G06G9/00 

Изобретение стг:Ос:-;т:,к ; .кслктельной тегхнугке и ггрй,ц;1:г1 ка-:аетг: ri для испольэованртя в услройс-я:::х обработки сигналов и изопражек П, кс;торые могут применяться при дп/ черном Фурье-анализе азрокос:мпчес:к Х изображений,, в гидро-- и ралкоГОкаикпри формировании дг аграмм нгправлекности антенных фазированных peitieToii а также в медицине и сейсмологитГ,.

Известен Е огеректный лвумеркый анализатор изображенийр состоям.ий и; последовательно располрхсенкых на оптической оси источника когерентпогс монохроматического излучения fпазере транспаранта,, фокусирующей лттнза г расположенного в ее фокальной плоскости устройства отображения . 1 j Недостатками этого анализатора являются -низкая разрешающая ,-: -нооть ;-г необкоцимост т рк:--г: ;:П :к строго когерентного истс -i-ii- ,:;aie

Наиболее близким к кзабре -ичю по технической сущности янляег::;,: :-е когерентный дЕу лериый ана;:кпг;j.-op спектра, состоящий из пос/тздонй/Хельно расположенных ка опт гчаско оси . источника некогеректного :оно; }:а;.;аги ческого света . траксперакга: сг-о: К:;1 модулятора и интегрирую цег о С-;:-;; -сг С1тображення 2,

Недостатком извесгяолО аБа.::-:зс-:тор является относительно узкий ::-таиН5а пространстБ-зипах- частот в o6p;-:vr;:;----ваемом иэобраксении.,

Целью изобретения .яегс7. г -с:лг рение диапазона анал -/: круемь ,-; тс:

Поставленная цель достг гго ч:--: vreivчто Е некогера Тнс;ч rfEvivscn.; ,;:;:ализаторе спектра, :- vc;.o-ледоватальио устанозлекных , с пк-ческой оси источкика монохрол;э:ги- ;с:кого света, транспаранта, записако обрабатываемое и опорного модулятора к зыхолкг.г;;- я; -тегриру ощегс блока опорнь ;: л;,,пя--т зр выполнен в вкдэ лоследоБ ;л эль ;о у ;тановленккк на onTi-ггеской оси д-зу гранного отражателя;, ребр К(-Г1ЭР---С ncipaJi.iTe.)7bHc оптнческо:- сек, г-.;бк1;):;.тэщей .. отображаютчей чыхг1лИ:; к плоскость дву1раннаго с,1р ::„::.:селт: -5а Бяолную пзюскость выходного иктег ркруюЕдего блока, к двухлапас::;, диафраг;«л,, причем дву}раннк:й :.: ;: - а-гель выполнен из прямоугюль зеркал длиной 1,,,, устаьозленних -:

углом d при равном --{-г J-hi

где л- длина волны MOHoxpoivsaii ;-,-:: :;;;. го света, а двухлепестковая дыафр.-г ма выполнена в виде двух девя: ;остсграйусных сакторов у обраэуюгии: : рч--:-:сы которых параллельны ,;::;н::гранного отражателя,, и распслс-гсе«л за собярактей линзой на р5.ссто ;к;г;

1

)ям-. --:;;ира.с 5ирс1ющей

транспаран:r:ii3 схема пред1 - МОволг п - а е 4 , ьт- 1нен

, с I г- т о диа -л - б ,

т ток 7 .

-- )ели ения

:д-куляр- ПГ ИИ L

:артина ,, исход ее отра;азызаемые-.я г-астота

пНКОЙ бЛК::. . й Бясячдак от рас; -:. до «ркала , ; :: С; -с -:калс может : ;.-|; г.Я неко(.. л. сг;е;. 1ра , :.-:- ;эомра:5оаан е

.пелькык значений Б ;-; зображении г .-с;шьго :стрс;йства

.-;О учесть отли р:. :тр;Г сферических

:: нуг:си глыногс . . г , Псдроб) .-Рд-. ;:oj:oc Ю;гга .г;ске ли ., .pcin :хсдной и Еьг-;.., 1ыми отлкчи-.- а ь ; ас.ли лкаметр Для осуществления двумерного преобразования Фурье необходимо использовать уже двугранный отражатель 6 с углом пересечения граней, близким к 90°, и ребром, ориентированным вдоль оптической оси анализатора. Для светящейся точки, помещенной меж ду гранями отражателя 6 в его входной плоскости, .возникает три зеркальных отражения: два из них - симметрично граням отражателя и одно симметрично относительно ребра отражателя. Суммарная картина интерференции таких светящихся точек оказывается весьма сложной. Для формирова ния опорных функций, необходимых для работы двумерного некогерентного Фурье-анализатора необходима интерференция лишь двух (из имеющихся четырех) изображений, расположенных симметрично относительно ребра отражателя б. Частота такой интерференционной картины в этом случае оказывается пропорциональной расстоянню между исходной точкой и ребром отражателя, а ориентация полос - перпендикулярно радиусу-вектору исходной точки. При этом пространственные час тоты интерференционной картины вдоль направлений, параллельных граням от: ражателя, оказываются пропорциональными координатам исходной точки. Для ликвидации двух мешающих изоб ражений выходная плоскость отражателя с помощью собирающей линзы 4 с фокусным расстоянием F проектируется на блок 7. Так как входная плоскость отражателя 6, в которой расположен транспарант 2, находится от линзы 4 дальше, чем выходная плоскость отражателя б, то методу линзой 4 и блоком / 1 1 7 на расстоянии о линзы 4 формируется изображение транспаранта 2 и его трех зеркальных отражений. В эту плоскость помещается двухлепестковая диафрагма 5, закрыва ющая те квадранты плоскости, в которых формируются лишние изображения (для этого образующие радиусы девяностоградусных секторов должны быть ориентированы параллельно граням отражателя) . В результате блоком 7 ре гистрируется лишь интерференционная картина, образованная двумя диагонал ными изображениями транспаранта 2, т.е. рассмотренная ко 1бинация двугранного отражателя б, линзы 4 и ди фрагмы 5 может использоваться в качестве опорного модулятора 3 в двуг ном анализаторе спектра. Разрешающая способность двумерно анализатора, а также максимальный информационный объем обрабатываемых с его помощью изображений, определя ется соотношением 2-4, Однако для практического достижения указанных максимальных параметров должна быть обеспечена достаточно высокая степе перпендикулярности зеркал, образую цих двугранный отражатель б. Отличия угла oL при его ребре от - не превыи;ать величины . . (5) где с D/2, При выполнении условия (5) изображения транспаранта 2, расположенные в противоположных квадрантах, с учетом их максимального разрешения могут считаться строго сиг 1метричными относительно ребра отражателя б, что необходимо для правильного формирования интерференционной картины на блоке 7 . Рассмотрим пример практической реализации некогерентного двумерного анализатора спектра с двугранным отражателем дликоГ L, 10 см г где в качэстве блоха 7,. т.е. рре енного накопления выходного сигнала, используется Бмднкок. ilpn указанной длине модулятора к л -г О , 6 мкм Б соответствии с 3,4 iff,,,,;,- lO-civrH NiO,5-10, Указанное число разреиерйных точек делает возможном использование в предлагаемом анализаторе спектра т стандартной телевизионной установки, обеспечивающей разрешение порядка 500x500 элементов по кадру. Так как линейные размерь: выходного изображения ( 0.5 см) при этом примерно совпадают с лимейныт и размерами мишени видикока 7, то линза 4 должна обеспечить сохранеТ :е масштаба изображения. При использовании линзы 4 с фокусным расстоянием ,« 10 см ее помещают примерно посаредине между выходной плоскостью отражателя б и мишенью видпкона 7, удаленных друг от друга на расстоянии 4F Х.40 см. Обрабатываемое г-тзображение,- записанное на участ;.:е фсттопластинкн площадью 0,5x0,5 см, помещалось во входную плос сость отражателя б. Для освещения использовался гелий-неоновый лазер (Д 0,63 мкм). пространственная когерентность луча которого нарушалась с помощью вращающейся фазово-неоднородной стеклянной пласТИНКР:, помещенной перед изображением. Вместо газового лазера может быть использован и многомодовый полупроводниковый лазер г а та7.:же газоразрядная лампл низкого дав.грия с узкой спектральной линие:. , тя оптической схемы четыре повернутых изображения транспаранта 2 формируются приблизительно на расстоянии 5 см от мишени видикона 7, В эту плоскость помещается двухлепестковая диафрагма 5, перекрывающая два из них, расположенных в противоположных квадрантах. В соответствии с приведенными оценочными выражениями разрешение в обрабатываемой картине может достигать f ilOOO смпри N«500, что соответствует разрешающей способноетк телевизионной системы. Точность установки зеркал отражателя С для такого числа разрешенных точек N составляет величину около 3-4 угловых минут, что достаточно легко достигается с помощью стандартного rocTPtpoвечного приспособления на котором закреплено одно из зеркал отракателя 6, Даже при не слишком больших геомет рических размерах отражателя б пространственные частоты могут лежать в диапазоне до выше при числе разрешаемых точек по каяодой координате N 10 . Таким образом, по 5тим важным характеристикам предлагаемый анализатор значительно превосходит известный и достигает когерентные двумерные анализаторы спектра. Вместе с тем он лишен таких существенных недостатков Korepei:тнагх анализаторов, как весьма жесткие требования к качеству транспаранга I ч(оо опнмостъ

использования одномодоЕОГо лазера и высокий уровень спец1-п1 й-;еских когерентных яумов, связанных с дефектами оптических элементов схег-Ф;, Достаточно большие массива обрабатываемой информации (цо 10 X разрешенных точек и вьпие) ,, 3O3MO KiiccTb использования многомодовых полупроводниковых лазеров или даже нелазерных источников света, а также простота конструкции делают весьма перспективным использование предлагаемого некогерентного двумерного анализатора спектра в целом ряде специализированных оптоэлектронных устройств. Подобные устройства могут применяться как для анализа изображений (например, при обработке аэрокос1 шческих фотоснимков) , -так и мя с-гок а н аль ных з лек триче ск их с и . алев ра,.;ио;гокацим,, гидроакустике, сейсг/ о0 ;., графяи и медицине,

НЕКОГЕРЕНТНЫЙ ДВУМЕРНЫЙ АНАЛИЗАТОР СПЕКТРА, состоящий из последовательно установленных на оптической оси источника монохроматического света, транспаранта, на котором записано обрабатываемое изображение, опорного модулятора и выходного интегрирующего блока, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона анализируемых частот , в нем опорный модулятор выполнен в виде последовательно установленных на оптической оси двугранного отражателя, ребро которого паралт; лельно оптической оси, собирающей линзы, отображающей выходную плоскость двугранного отражателя на вход-, ную плоскость выходного интегрирующего блока,и двухлепестковой диафрагмы, причем двугранный отражатель выполнен из прямоугольных зеркал длиной L, установленных с углом ot при верJi -t -t ,1Х шине, равном , где Л длина волны монохроматического света, а двухлепестковая диафрагма выполнена в виде двух девян.остоградусных секторов , образующие радиусы которых , параллельны граням двуг)анного отра-ф жателя, и расположена за собирающей (Л линзой на расстоянии -I L - i--l F L. где F - фокусное расстояние собира- ,- ющей линзы; расстояние от собирающей линзы до плоскости транспаранта. 00 01 4