Устройство для оптической фильтрации изображения Советский патент 1986 года по МПК G06G9/00 

10

IS

20

11221665

Изобретение относится к устройст нам, в которых математические операции выполняются с помощью оптических элементов, и может быть использовано при решении задач пространственной оптической фильтрации (реставрация, корреляционный анализ, вычитание изображений и т.д.), в частности при реставрации фотографической фонограммы .

Цель изобретения - уменьшение поперечных размеров устройства, его удешевление и упрощение.

На фиг. 1 представлена оптическая схема устройства; на фиг. 2 - схема хода лучей в устройстве.

Устройство для оптической фщхьтрй- ции изображений содержит источник 1 света, коллиматор 2, оптический элемент прямого-обратного преобразования Фурье, выполненный в виде пропускающего элемента, например, в ви- . де тонкой линзы 3, транспарант 4, на котором записано корректируемое изображение, пространственный фильтр 5, регистратор 6, первое 7 и второе 8 отражающие зеркала, корректируемое изображение 9, откорректированное изображение 10.

Устройство работает следующим образом.

Излучение источника 1 света преобразуется коллиматором 2 в плоскую волну, которая освещает корректируемое изображение 9, записанное на транспаранте 4. .

Плоская волна распространяется в направлении, параллельном прямой, соединяющей центр корректируемого изображения 9 и центр О линзы 3. Так как корректируемое изображение 9 смещено на расстояние с| от оптической оси 00, удовлетворяющее условию d FtdOts то направление распростра0

25

30

нения плоской волны составляет угол Ы с оптической осью . Плоская волна дифрагирует на корректируемом изображении 9 (на фиг. 2 представлены только лучи, не испытавшие дифракции) . В отсутствие зеркала 7 в задней фокальной плоскости линзы 3 преобразования Фурье сформировался бы спектр предметра с центром в точ-- ке А (эта точка совпадает с центром

прямой, соединяющей центры линзы 3 преобразования Фурье и однот о из зе кал (например 7), центр зеркала 7 лежит на побочной оптической оси линзы 3 преобразования Фурье, вдоль которой распространяется плоская волна от коллиматора 2.

Расстояние от центра зеркала 7 (8) до оси ООу составляет (i /( + sin csl) , поэтому расстояние, от центра О линзы 3 преобразования Фурье до центра зеркала 7 (8) составгляет величину г,а так как

H- SiHcJ)CosdL

расстояние от центра зеркала 7 до точки . О-ж)

./(l + sin,c(.) расстоянию от центра зеркала 7 до оптической оси 00

Так.как угол между плоскостью зеркала 7 и перпендикуляром из цент ра зеркала 7 на оптическую .ось 00

есть(), а в данном устройстве

„ niQ-d

f указанный угол составляет

TTli + di. величину ) равную величине

угла (p+dL) между плоскостью зеркала 7 и побочной оптической осью

ОА. Это означает, что луч, распространяющийся вдоль ОА. после отражения от зеркала 7, распространяется вдоль перпендикуляра, опущенного .из центра зеркала 7 на оптическую

3 ось 00 . Это означает, что изображение точки А в зеркале 7 лежит на оптической оси 00, а пространст- венный спектр корректируемого изображения лежит вокруг этой точки, пр

40 чем ось 00 лежит в плоскости прост ранственных частот В этой плоскост установлен пространственный фильтр 5, который корректирует пространственный спектр.

45 Зеркало 8 установлено симметрично зеркалу 7, поэтому.откорректированное изображение 10 оказывается расположенным на регистраторе 6 сим метрично корректируемому изображе50 нию 9.

Все параметры устройства определ ются величинами F и с . Также как и во всех устройствах оптической фильтрации параметр Р следует выбисходимости параллельного пучка, рас- 55 по возможности большим, чтобы

пространяющегося под углом о( к оптической оси). Так как с - угол, образованный оптической осью 00 и

S

0

5

прямой, соединяющей центры линзы 3 преобразования Фурье и однот о из зеркал (например 7), центр зеркала 7 лежит на побочной оптической оси линзы 3 преобразования Фурье, вдоль которой распространяется плоская волна от коллиматора 2.

Расстояние от центра зеркала 7 (8) до оси ООу составляет (i /( + sin csl) , поэтому расстояние, от центра О линзы 3 преобразования Фурье до центра зеркала 7 (8) составгляет величину г,а так как

H- SiHcJ)CosdL

расстояние от центра зеркала 7 до точки . О-ж)

./(l + sin,c(.) расстоянию от центра зеркала 7 до оптической оси 00.

Так.как угол между плоскостью зеркала 7 и перпендикуляром из центра зеркала 7 на оптическую .ось 00

есть(), а в данном устройстве

„ niQ-d

f указанный угол составляет

TTli + di. величину ) равную величине .

угла (p+dL) между плоскостью зеркала 7 и побочной оптической осью

ОА. Это означает, что луч, распространяющийся вдоль ОА. после отражения от зеркала 7, распространяется вдоль перпендикуляра, опущенного из центра зеркала 7 на оптическую

ось 00 . Это означает, что изображение точки А в зеркале 7 лежит на оптической оси 00, а пространст- венный спектр корректируемого изображения лежит вокруг этой точки, причем ось 00 лежит в плоскости пространственных частот В этой плоскости установлен пространственный фильтр 5, который корректирует пространственный спектр.

Зеркало 8 установлено симметрично зеркалу 7, поэтому.откорректированное изображение 10 оказывается расположенным на регистраторе 6 симметрично корректируемому изображению 9.

Все параметры устройства определяются величинами F и с . Также как и во всех устройствах оптической фильтрации параметр Р следует выбиувеличить масштаб пространственного спектра (а, следовательно, и прост- ранств енного фильтра 5) . На параметр cJ. в данном устройстве на.чожено ограничение arctg 0,3. Левое неравенство определяется размерами корректируемого изображения 9 и совместно с условием d F tg означает, что линейньп размер г изображения 9 не должен превосходить величины с1 (в противном случае произойдет ; частичное перекрытие корректируемого 9 и откорректированного 10 изображений). Правое неравенство означает, что угол d. должен быть достаточно малым. Пространственный спектр формируется не в фокальной плоскости, а на сфере радиуса F с центром в 0„ При малых углах d. это различие несущественно и этим отличием можно .пренебречь. При больших с/- ,. например при с(.0,3, появляющиеся искажения необходимо дополнительно компенсировать.

В данном устройстве погрешности определяются точностью используемых юстировочных приспособлений и допустимым уровнем искажений в откорректированном изображении.

Юстировкой с помощью обычно используемых в оптических исследованиях манипуляторов (линейная точность порядка 10 мкм, угловая - порядка нескольких минут) можно добиться пренебрежимо малых искажений. Неточность или невозможность юстировки одних оптических элементов может быть компенсирована дополнительной подъюстировкой других. Например, пусть одно из зеркал, например 7,,

установлено под углом в, , отличает/ 2 гЧ ющимся от - на некоторую малую

величину. Это приводит к смещению .пространственного спектра от оси 00

в сторону. Соответственно придется сместить и пространственный фильтр 5, Кроме того, откорректированное изо- 5 бражение 10 сместится в плоскости в сторону, что может быть скомпенсировано соответствующим смещением средств-отображения откорректированного изображения. Аналогично неточность установки корректируемого изображения 9 (например, смещение его из плоскости рр) может быть скомпенсирована соответствующим смещением

40

50

средств отображения откорректироплн- ного изображения. При таком смешении откорректированное изображение получают с некоторым увеличением или уменьшением.

Применение предлагаемого устройст ва для создания макета рестраврации фонограмм позволяет отказаться от создания крайне сложного, дорогого устройства сопряжения скоростей протяжки пленок и, таким образом, обеспечивает .выполнение поставленной цели.

15 Форму-л а изобретения

Устройство для оптической фильтрации изображения, содержащее оптический элемент прямого-обратного преобразования Фурье, в передней фокальной плоскости которого симметрично его оптической оси установлены регистраторы и транспарант, на котором записано корректируемое изображение, вход транспаранта через коллиматор оптически связан с выходом источника света, на оптической оси оптическо- го элемента прямого-обратного преобразования Фурье установлен пространственный фильтр, -отлича-ю - щ е е с я тем, что, с целью уменьшения поперечных размеров устройства, его удешевления и упрощения, в него введены первое и второе о т- ражающие зеркала, установленные симметрично относительно оптической оси оптического элемента прямого-обратного преобразования Фурье, который выполнен в виде пропускающего элемента, главная плоскость которого пер

5

0

пендикулярна плоскости установки пространственного фильтра, который расположен между главной и задней фокальной плоскостями пропускающего элемента, а также между первым и вторым отражающими зеркалами, причем выход транспаранта через главную точку пропускающего элемента связан с входом первого отражающего зеркала, выход которого через пространственный фильтр связан с входом второго отражающего зеркала, выход которого через главную точку пропускающего элемента связан с входом регистратора.

tfc. /

Устройство может применяться для решения задач оптической про- странственной фильтрации, в частности, при реставрации фотографической фонограммы.,Целью изобретения является уменьшение поперечных размеров устройства, его удешевление. и упрощение. Устройство содержит одну линзу, которая используется как для прямого, так и для обратного преобразования фазы. Изображение, записанное на транспаранте, проектируется вдоль оптической оси коллими- рованного источника, расположенной под некоторым углом к оптической оси линзы. Прошедшее через линзу изображение системой двух зеркал, между которыми расположен пространственный фршьтр, переводится на другую оптическую ось, расположенную под тем же углом.к оптической оси линзы, и пройдя ее, фиксируется регистратором, расположенным, как и транспарант, в передней фокальной плоскости линзы. Такая конструкция позволяет уменьшить поперечные размеры устройства, упростить его и удешевить. 1 ил. (Л to to о Од ел

AI

фиг. 2

.Составитель Ю, Козлов Редактор Н, Воловик Техред Н.Бонкало Корректор А.Обручар

1ф14/55

Тираж 671Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ШШ Патент, г. Ужгород, ул Проектная, 4