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

Изобр.етение относится к аналоговой вычислительной технике, а именно к устройствам, в которых математические операхщи выполняются с помощью оптических элементов.

Известно устройство для оптической обработки информации, в котором для получения взаимно корреляцион ной функции используется согласованный голографический фильтр fl .

Однако температурные и механические воздействия на элементы оптической схемы оказывают сильное влияние на точность вычислений.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является устройство для оптической обработки информации, со-; держащее последовательно расположен-i ные на оптической оси источник монохроматического излучения, конденсорную линзу, отражательный пространственно-частотный фильтр, снабженньй . корректирующей микроапертурой, первьй Фурье-преобразующий элемент, отражающий пространственный модулятор света, который оптически связан через первый Фурье-преобразующий элемент, отражательный пространственно-частотный фильтр и второй Фурье-преобразующий элемент, с входом регистрирзтощего блока, причем первый и второй Фурьепреобразующие элементы выполнены в виде зеркальных сегментов, электрический вход отражанщего пространственного модулятора света является входом устройства, а выход регистрирующего блока - выходом устройства 23.

Однако известное устройство характеризуется недостаточно высокой точностью (низкое отношение сиг- . нал/шум), невысоким коэффициентом использования энергии светового потока, которые обусловлены самой гопографической формой записи фильтра, особенно отражательного.

Цель изобретения - повьшение точности и увеличение коэффициента использования энергии светового потока.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее последовательно расположенные на оптической оси источник монохроматического излучения, конденсорнзпо линзу, отражательный пространственно-частотный фильтр, снабженный корректирующей микроапертурой, первый Фурье-преобразующий элемент, отражающий пространственный модулятор света, который оптически связан через первый Фурьепреобразующий элемент, отражательный пространственно-частотный фильтр и второй Фурье-преобразующий элемент с входом регистрирующего блока, причем первый и второй Фурье-преобразующие элементы выполнены в виде зеркальных сегментов, электрический вход отражающего пространственного модулятора света является входом устройства, а выход регистрирующего блока выходом устройства, введен модулятор света, расположенный между источником монохроматического излучения и конденсорной линзой, второй Фурье-преобразующий элемент снабжен механизмом двухкоординатного перемещения перпендикулярно оптической оси, а регистрирукн й блок выполнен в виде интегратора.

На чертеже представлена схема устройства.

Устройство содержит размещенные на оптический оси источник 1 монохроматического излучения 1, модулятор 2i светаf конденсорную линзу 3, отражательньй пространственно-частотный фильтр 4, первый Фурье-преобразующий элемент 5, выполненный в виде зеркального элемента, отражающий пространственный модулятор 6 света, второй Фурье-преобразующий элемент, также выполненный в виде зеркального сегмента 7, снабженный механизмом 8 двухкоординатного перемещения, и регистрирующий блок 9.

Устройство работает следующим образом.

Луч света от источника 1, проходя модулятор 2, фокусируется конденсорной линзой 3 и через отверстие фильтра 4 попадает на первый зеркальный сегмент 5, который коллимирует луч и направляет его на светомодулирующую поверхность модулятора 6 света, на который поступает обрабатываемое изображение. Промодулированный световой пучок возвращается отражающей поверхностью модулятора 6 света на первый зеркальный сегмент 5 и в виде Фурье-образа фокусируется им на отажающую поверхность пространственночастотного фильтра 4, который в структуре устройства выполняет функции предобработки изображений, в частности может выполнять операции оконтуривания, улучшения качества и др. Затем луч снова отражается и попадает на поверхность второго зеркального сегмента 7, который выполняет обратное преобразование Фурье и направ ляет его на регистрирующий блок 9, который формирует результат обратного Фурье преобразования во входной плоскости блока 9. При этом, когда на модулятор 2 подается сигнал, cooT ветствующий значению интенсивности в одной из точек эталона, зеркальный сегмент 7, снабженный механизмом 8 двухкоординатного перемещения, устанавливается в положение,соответствующее этой точке эталона, в результате чего в выходной плоскости блока 9 происходит соответствующее смещение и модуляция входного изображения. А сумма таких смещений дает в коиечном итоге взаимно корреляционную функцию. При этом блок регистрации должен обладать возможмостьк накопления или интегрирования информация. Причем, можно оценить характерные времена накопления. Это время должно быть равно произведению времени, затрачиваемому механической системой на единичный шаг на размерность эталона . Существуют задачи, в которых коли чество таких перемещений не превыша,ет нескольких сотен. Тогда при существ щих в настоящее время шаговых двигателях с характерными частотами 10-60 кГц общее время не превышает 20-40 мс, что согласуется с временем накопления стандартных видиконов. В случае больших размерностей эталона, содержащих 10-10 элементарных смещений, в качестве регистрирующего блока возможно применение фоторегистрирующих материалов или воминофоров с большой помятью или цифровой памяти. За счет новой совокупности конструктивных элементов предлагаемого устройства функции пространственночастотного фильтра 4 сводятся к предварительной обработке изображения с целью выделения постоянной составляющей входного изображения, оконтуривания и др., что в конечном итоге влияет на величину отношения сигнал/ шум в выходной корреляционной плоскости. Предварительное оконтуривание и устранение постоянной составляющей приводит к значительному обострению корреляционных пиков, что облегчает их последующее детектирование i, В сулчае, когда условия решаемой задачи не связаны с ограничением по времени, есть возможность еще большего повьш1ения точности устройства за счет возможности обойти проблемы, связанные с конечным динамическим диапазоном модулятора 2. В этом случае модулятор выполняется бистабильным, например, в виде электромеханического устройства (затвора) с максимальным динамическим диапазоном, а экспозиция, т.е. время, которое он открыт, устанавливается пропорционально значению интенсивности в данной точке эталона. При этом подвижный сегмент 7 во время экспозиции остается неподвижен. В качестве регистрирующего блока могут быть использованы фоторегистрирующие материалы, обладающие большой памятью (например, фотопленка). Дополнительным преимуществом предлагаемого технического решения является возможность вычисления корреляционных функций с гибким эталоном, т.е. поскольку эталон формируется последовательньми сдвигами элемента 7, а управление этнми сдвигами и модулятором 2 находится в руках исследователя, то можно в процессе обработки вводить различные коррекции формы эталона. В этом случае эталон находится в памяти вычислительной машины, на магнитной ленте и т.д. и может оперативно подвергаться различного рода искажениям (изменениям).

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПТИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ, содержащее последовательно расположенные на оптической оси источник монохроматического излучения, коидёнсорную линзу, отражательный пространственночастотный фильтр, снабженный корректирующей микроапертурой, первый Фурье-преобразующий элемент, отражающий пространственный модулятор света, который оптически связан через первый Фурьё-преобразующий элемент, отражательный пространственночастотный шьтр и второй Фурье-преобразукщий элемент с входом регистрирующего блока, причем первый и второй Фурье-преобразующие элементы выполнены в ввде зеркальных сегментов, электрический вход отражающего пространственного модулятора света является входом устройства, а выход регистрирующего блока - выход М4 уст ррйства, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, в него введен модулятор света, расположенный между источником монохр 1атического излучения и конденсорной линзой, второй Фурье-преобразующий элемент снабжен механизмом двухкоординатного перемещения перпендикулярно оптической оси, а реги-f стрирукяций блок выполнен в виде интегратора.