Устройство для преобразования изображения Советский патент 1984 года по МПК G06G9/00 

t1 Изобретение относится к автоматике, а именно к устройствам оптической обработки информации, и может быть использовано для преобразования коррекции и улучшения качества изображений Лак в системах обработки видеоинформации, так и в системах передачи изображений по каналам, связи. Известно устройство для преобразования изображения, содержащее первый и второй транспаранты, содержание которых сравнивается (например, как при коррелированной, перекрестной и согласованной фильтрации) путем сложения светового потока, проходящего через первый транспарант, со световым потоком, прошедшим через второй транспарант,-и циклического смещения по фазе между этими лучами с помощью модулятора, и далее фильтруется и подается на счетно-решающий блок 1 3. Недостатком этого устройства явля ется низкая точность преобразования и ограниченные функциональные воз- можности. Наиболее близким к данному изобретению является устройство для преобразования изображений, содержащее оптический проецирующий элемент, све тоделитель, на выходе которого установлены два фокусирующих элемента, снабженные зрачковыми транспарантами, и два телевизионных датчика, каж дый из которых подключен к своему усилителю видеосигнала, выходы усилителей подключены к блоку вычитания а выходной сигнал поступает на видео контрольный блок. Зрачковые транспаранты вьшолнены в виде диафрагм t2J Однако такое устройство характери зуется недостаточной точностью выпол нения преобразований. Цель изобретения - повьшение точностй устройства. Поставленная цель достигается тем что в устройство для преобразования изображения, содержащее источник входного изображения, установленный в передней фокальной плоскости колли матора, выход которого оптически связан с входом светоделителя, первый выход которого через последовательно установленные первый зрачковый транспарант и первую фокусирующую линзу связан с входом первого матрич ного фотопреобразователя, а второй 5 выход светоделителя через последовательно установленные второй зрачковый транспарант и вторую фокусирующую линзу - с входом второго матричного фотопреобразователя, выходы первого И второго матричных фотопреобразователей через соответствукнцие первый и второй видеоусилители соединены соответственно с первым и вторым входами блока вьгчитания, который выходом соединен с входом выходного видеоконтрольного 6jiOKa, введен селективный светофильтр, установленный между коллиматором и входом светоделителя, а первый и второй зрачковые транспаранты вьшолнены в виде корректирующих фазовых пластин с переменной оптической толщиной в радиальном направлении. На фиг.1 представлена блок-схема устройства для преобразования изображения; на фиг.2 - типичная частотная характеристика фильтрации; на фиг.З - радиальные сечения профиля первого Т+(г) и второго Т-(г) зрачковых транспарантов. Устройство содержит источник 1 входного изображения, расположенный в передней фокальной плоскости коллиматора 2, селективньш светофильтр 3, светоделитель 4, первый 5 и второй 6 зрачковые транспаранты, первую 7 и вторую 8 фокусирующие линзы, первый 9 и второй 10 матричные фотопреобразователи, первый 11 и второй 12 видеоусилители, блок вычитания 13, первый вход которого неинвертирующий, а второй - инвертирующий, и выходной видеоконтрольный блок 14. Возможности вьтолнения пространственной фильтрации в некогерентных оптических системах ограничиваются тем, что импульсный отклик или функция рассеяния точки (ФРТ) таких систем является положительной функцией. Частотная характеристика фильтрации соответствует оптической передаточной функции (ОПФ), которая определяется как функция автокорреляции входного зрачка. Как ь всякая автокорреляционная функция, ОПФ имеет максимум на нулевой частоте, а ее значение на любой частоте, не равной нулю, меньше этой максимальной величины. В то же время для выполнения широкого класса задач обработки изображений представляет интерес реализахщя частотных характеристик общего вида.

имеющих двухпвлярный импульсный отклик и позволяющих получать такие линейные преобразования, как обратна свертка, полосовая фильтрация, дифференцирование и прочее.

Общий подход к задаче синтеза частотных характеристик общего вида в некогерентной системе пргдусматривает вьтолнение свертки входного изображения с двумя положительными импульсными откликами и вычитания полученных изображений. Указанные импульсные отклики представляют собой реализацию отдельно положительной и отрицательной (по модулю) част биполярного импульсного отклика, соответствующего частотной характеристике преобразования.

Таким образом, задача сводится к получению импульсных откликов с заданными Характеристиками в виде ФРТ некогерентной оптической системы. При этом, результат вычитания изображений адекватен свертке входного изображения с биополярным импульсным откликом.

Устройство работает следующим образом.

Излучение от источника 1 входного изображения, расположенного в передней фокальной плоскости коллиматора 2, проходит через селективный светофильтр 3 и попадает на светоделитель

4. После светоделителя 4 проходящее излучение с помощью первого 5 зрачкового транспаранта и первой 7 фокусирукяцей линзы формируется в изображение на входе первого 9 матричного фотопреобразователя, а отраженное излучение через второй 6 зрачковьй транспарант, вторую фокусирующую линзу создает -изображение на входе второго 10 матричного фотопреобразователя.

Видеосигналы с выходов фотопреобразователей 9 и 10 поступают на входы усилителей 11 и 12 соответственно а с их выходов - на неинвёртирующий и инвертирующий входы блока вычитания 13. Выходной сигнал блока вычита кия 13 направляется в видеоконтрольный блок 14, в котором формируется результирующее изображение.

Входные изображения могут быть представлены в виде фотоизображений на пленке или фотобумаге, а также в виде самосветящихся изображений, например, на экране электроннолучевой

трубки. При использовании реальных . сцен в виде удаленных объектов проецирующий элемент - коллиматор 2 может отсутствовать. В качестве матричных фотопреобразователей 9 и 10 возможно использование, например, видиконов или их твердотельных аналогов ПЗС-матриц.

Использование в устройстве зрачковых транспарантов 5 и 6, выполненных в виде корректирующих пластин с переменной оптической толщиной (фиг. позволяет реализовать с высокой точностью широкий класс характеристик преобразования. В связи с тем, что такие фазовые транспаранты 5 и 6 не Обладают ахроматизмом, необходимо ограничение спектрального диапазона, которое вьтолняется селективным светофильтром 3.

С помощью предлагаемого устройства выполняются преобразования изображений на основе методов линейной фильтрации. Наиболее общим случаем является преобразование с, частотной характеристикой вида, которая обеспечивает усиление высоких и подавление низких частот (фиг.2). Импульсны отклик, связанный с частотной характеристикой преобразованием Фурье, является в этом случае двуполярным.

Устройство выполняет преобразова ние посредством свертки изображения с двуполярным импульсным откликом. При этом в одном канале, где установлен первый 5 транспарант Т+(г), производится свертка с положительной частью импульсного отклика, а в другом канале, где установлен второй 6 транспарант Т-(г), осуществляется свертка с модулем его отрицательной части. Ядром преобразования в каждом канале является функция рассеяния, определяемая совокупностью характеристик зрачковых транспарантов 5 и 6 и фокусирующих линз 7 и 8 соответственно. Разность функций рассеяния .обоих каналов соответствует импульсному отклику

Расчет распределения фазы или иначе оптической толщины зрачковых транспарантов 5 и 6 сводится к расчету деформации волнового фронта, которая дает необходимую функцию рассеяния. На фиг.2 приведена типичная частотная характеристика фильтрации изображения, которая реализуется устройством. Ось ординат соответству

ет коэффициенту передачи К на пространственных частотах w в .

На фяг.З, в соответствии с приведенной частотной характеристикой, даны радиальные,сечения профиля зрачко- 3 вых транспарантов 5 и 6 Т+() и Т-(г) обоих каналов устройства, где г- радНУС зрачкового транспаранта, мм, Т толщина профиля пластин, мкм. 10

По специально разработанной программе были рассчитаны фазовые характеристики зрачковых транспарантов 5 и 6, соответствующие заданной частотной характеристике (фиг,2) и используемые 15 совместно с линзами 7и 8, причем расчет сделан с учетом отсутствия аберраций.

В результате реализации обоих каналов данного устройства была получена результирующая частотная характеристика, соответствующая рассчетному профилю зрачковых транспарантов 5 и 6, спектральному диапазону, определяемому светофильтром 3, и параметра фокусирующих линз 7 и 8. В результате получено, что реальная частотная зависимость достаточно точно отражает ход требуемой характеристики (фиг.2).

Таким образом, предлагаемое устройство дозволяет повысить точность при реализации требуемой частотной характеристики фильтрации по сравнению с приближенным характером фильтрации в прототипе.

УСТРОЙСТВО ДНЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ, содержащее источник входного изображения, установленный в передней фокальной плоскости коллиматора, выход которого оптически свя.зан с входом светоделителя, первый выход которого через последовательно I установленные первый зрачковьй транспарант и первую фокусирующую линзу связан с входом первого матричного фотопреобразователя, а второй выход светоделителя через последовательно установленные второй зрачковый транспарант и вторую фокусирующую линзу . с входом второго матричного фотопреобразователя, выходы первого и второго матричных фотопреобразователей через соответствующие первый и второй видеоусилители соединены соответст- венно с первым и вторым входами блока вычитания, который выходом соеди- нен с входом выходного видеоконтроль.ного блока, отличающееся § тем, что, с целью повьшения точности устройства, в него введен селективный (Л светофильтр, установленный между коллиматором и входом светоделителя, а первый и второй зрачковые транспа--ранты вьшолнены в виде корректирующих фазовых пластин с переменной оптической толщиной в радиальном направлении.