Устройство для сканирования трехмерных изображений Советский патент 1986 года по МПК G03H5/00 G03H1/22 

1

Изобретение относится к экспериментальной ядерной физике и физике элементарных частиц, оно может быть использовано в технике трековых камер при исследовании свойств элементарных, в частности короткоживущих, частиц.

Известно устройство для сканирования трехмерных изображений, которое представляет собой оптический микроскоп, перемещаемый относительно действительного трехмерного изображения по трем декартовым координатам.Увеличенное изображение объекта, попавшего в слой четкой резкости оптического микроскопа, поступает на экран видикона и далее подвергается визуальному просмотру, сканированию и обработке на ЭВМ.

Недостаток устройства: состоит в том, что оптический микроскоп содержит традиционные объектив и окуляр, глубина резкости iZ и разрешающая способность iX по объекту которых :связаны соотношением Ц Л д Z 2лХ, где - длина волны света. Так, например, если ДХ 10 мкм, ,5 мкм, то iZ 0,8 мм. При глубине исследуемого объема 10 см это означает, что в рабочем объеме умещается около 125

независимо сканируемых слоев.

I.

Известно также устройство для сканирования трехмерных изображений, содержащее последовательно расположенные систему формирования трехмерного изображения, линзу-аксилон и фотоприемник, а также систему ориентации и блок записи данных. Система ориентации представляет собой систему поступательного перемещения и поворота оптической проекционной системы,при этом оптическая проекционная система содержит щторку с двумя кольцевыми вырезами и линзу-аксикон с двумя коническими поверхностями. Ширина кольцевых вырезов в шторке и углы, под которыми наклонены конусные поверхности к оптической оси оптической проекционной системы, выбраны из условия, что две области сканирования, которые образуют две системы из конуса и кольцевого вьфеза линзы-аксикона, совпадают.

Это устройство работает следунлцим образом. Закрепив угол наклона линии проектирования относительно оптической оси устройства, шторку с линзойаксиконом устанавливают так, чтобы

550921

область сканирования бьша больше глубины или заданной его части восстановленного трехмерного изображения треков.

5 Если элемент изображения трека попал в точку сканирования, то свет попадает в фотоприемник.

Элемент сканирования перемещают по объему трехмерного изображения

10 путем поступательного перемещения по двум координатам оптической проекционной системы. Затем такую же операцию выполняют для другого ракурса. Полученные таким образом две

15 проекции трехмерного изображения события в трековой камере направляют в традиционную автоматизированную систему обработки стереопроекций.

Устройство имеет достаточно высокий динамический диапазон и его можно использовать для сканирования трехмерных изображений с высокой плотностью треков в объеме трековой камеры.

25 Благодаря использованию линзы-аксикона с двумя конически ш поверхностями и шторки с двумя кольцевыми апертурами удается уменьшить интен- сивность боковых лепестков распределения интенсивности света в области фокуса.

Однако в данном устройс-вве устранены не все причины появления боковых лепестков распределения интенсивности света в области фокуса. Одной из этих причин является то, что общая апертура линзы-аксикона имеет резкие обрывы на краях. В результате огибающая боковых лепестков изменяет.- ся с расстоянием х между элементом трехмерного изображения трека и оптической осью линзы-аксикона как l/x в то время как соответствующая огибаилцая в традиционной линзе с кругд. лой апертурой изменяется как 1/х.

Цель изобретения состоит в увеличении динамического диапазона устройства.

Поставленная цель достигается тем,

что устройство для сканирования трехмерных изображений, содержащее последовательно расположенные систему формирования трехмерного изображения, линзу-аксикон и фотоприемник,

5$ а также систему ориентации устройства относительно трехмерного изображения и блок записи данных, содержит нейтральный оптический фильтр с дискретными кольцевыми зонами, установленный перед линзой-аксиконом, зависимость коэффициента пропускания света в нейтральном оптическом фильт ре от радиуса описывается дискретной версией плавной функции, которая име ет минимальное значение на краевых кольцевых зонах, нулевые значения вне кольцевой апертуры и максимальное значение в центральной кольцевой зоне, при этом число кольцевых зон нейтрального оптического фильтра .равно трем или более, а число конических поверхностей линзы-аксикона выбрано равным числу зон нейтрального оптического фильтра. Схема устройства дана на чертеже, где изображены системы формирования трехмерного изображения 1,линза-аксикон 2, нейтральный оптический фильтр 3, фотоприемник 4 с точечным отверстием, система 5 ориентации уст ройства относительно трехмерного изображения и блок 6 записи данных. Нейтральньй оптический фильтр 3 имеет кольцевые зоны с различными коэффициентами пропускания света. Чтобы снизить интенсивность боковых лепестков распределения интенсивности света в области фокуса, внешние кольцевые зоны нейтрального оптического фильтра имеют низкий коэффициен пропускания света, а центральные кол цевые зоны - высокий коэффициент про пускания света. Зависимость коэффици ента пропускания света от радиуса описывается дискретной версией плавной функции, например функции Гаусса или квадратом полуволны синусоиды. Число конических поверхностей в линзе-аксиконе равно числу кольцевых зон нейтрального оптического фильтра для получения согласованного действия нейтрального оптического фильтра и линзы-аксикона. Лучше всего устройство функционирует тогда, когда число кольцевых зон нейтрального оптического фильтра выбрано нечетным. Устройство работает следуклцим образом. Если в область сканирования трехмерного изображения попадает эле мент трека, то счет от него направляется во входное отверстие фотоприемника 4, а возникающий фотоэлектрический сигнал поступает в блок 6 записи данных. Точность фиксирования поперечных координат элемента трека определяется внешней апертурой jiViHэы-аксикона и остается неизменной во всех участках области сканирования трехмерного изображения. После окончания сканирования трехмерного изображения под одним ракурсом система 5 ориентации устройства относительно трехмерного изображения переводит устройство в новый ракурс и операция сканирования того же трехмерного изображения повторяется. Техническое преимущество устройства состоит в том, что огибающая боковых лепестков распределения интенсивности света в области фокуса приближается к 1/Х, а если число конических поверхностей линзы-аксикона и число градаций нейтрального оптического фильтра сделать равным или большим семи,. то огибающая боковых лепестков распределения интенсивности света в области фокуса будет лежать ниже, чем для традиционной линзы с круглой апертурой. Это было показано путем моделирования на ЭВМ характеристик предлагаемого устройства. Положительный эффект предлагаемого устройства обусловлен тем, что огибающая боковых лепестков распределения интенсивности света в области фокуса лежит намного ниже, чем в устройстве принятом за прототип. Без разбиения на кольцевые зоны градаций поглощения света нейтрального оптического фильтра невозможно получить быстроспадающую огибающую боковых лепестков интенсивности света в области фокуса. Число кольцевых зон нейтрального оптического фильтра не может быть выбрано равным двум, так как в этих условиях невозможно сформировать требуемое распределение коэффициента пропускания света в нейтральном оптическом фильтре с аксимумом в центральной кольцевой зоне. Становится невозможным создать эффект многолучевого распределения света из области сканирования в фот( приемник, а чем сильнее этот эффект, ем быстрее спадает огибающая боко-. вых лепестков распределения интенсь ости света в области фокуса.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ СКАНИРОВАНИЯ ТРЕХМЕРНЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ, содержащее последовательно расположенные систему формирования трехмерного изображения, линзу-аксикон и фотоприемник, а также систему ориентации и блок записи данных, отличающеес я тем, что, с целью увеличения динамического диапазона устройства, в него введен Нейтральный оптический фильтр с дискретными кольцевыми зонами, установленный перед линзой-аксиконом, зависимость коэффициента пропускания света в нейтральном оптическом фильтре от радиуса описывается дискретной версией плавной функции, которая имеет минимальные значения на краевых кольцевых зонах, нулевые значения вне кольцевой апертуры и максимальное значение в центральной кольцевой зоне, при этом число кольцевых зон нейтрального oftтического фильтра равно трем или § более,- а число конических поверхностей линзы-аксикона выбрано равным (О числу кольцевых зон нейтрального оптического фильтра.