Когерентно-оптический многоканальный коррелятор Советский патент 1987 года по МПК G06G9/00 

Изобретение относится к оптической обработке информации, в частности к когерентно-оптическим аналоговым устройствам для многоканальной корреляционной обработки сигналов, и может быть использовано для обнаружения и распознавания различных одномерных сигналов.

Целью изобретения является повышение точности и упрощение конст- рукн;ии коррелятора.

На чертеже представлена структурная схема когерентно-оптического многоканального коррелятора.

Коррелятор содержит лазер 1, коллиматор 2, транспарант 3 с комбинированной записью сигналов, сферическую линзу 4, пространственный фильтр 5, расположенный в фокальной ПЛОСКОСТИ сферической линзы 4 астигматический линзовый блок, вьшолнен- ный в виде цилиндрической линзы 6, примыкающей к пространственному

Непосредственно за пространствен в апертуре его щели

Л 00

фильтру 5, об разующая которой состав- „ым фильтром 5

ляет угол 45 . к Ьтрокам транспаран- распределение комплексных амплитуд

та 3. В вькодной плоскости корреля- „„„„,„.

-Шзс d

тора расположена линейка 7 фотопри- .

емньгх элементов,

Коррелятор работает следуняцим образом.

На N строках комбинированной растровой записи, выполненной на транспаранте 3 путем комбинации полутоновой и силуэтной МОДУЛЯ1ЩШ пе 1риоди- ческих пространственных вариаций

30

Т

1 -IJ-h

« rect

f f ( p (x)sinc(j p(x)«

I

-Af n

(x -b)

35

1 r i2Jix , I Af. ,

lira exp Ir-r-(x --)dx

I. At p

|- коэффициента пропускания транспаранта, представлены N пар сигналов t. (к)

и,„и-.,):

t(x,y)

zz

rect

. ЛТ . f D-(2n-1)c. - x)cos(--x) ®S(

. „ . Af

фильтра 5 длиной 1 не превыша(1)

где D - размер апертуры транспарантаР 45 ет 10% от ее максимального значения, равно 1. Полагая sinc(rjp (х) й1 в пределах указанной апертуры, для выражения (4) получают условие период пространственных вариаций коэффициента пропуска- 50 ния транспаранта,

С учетом условия (5) выражение (4) преобразуется к виду

sincC ip (х)) К1.

(5)

расстояние между соседними строками растра.

причем

маке

0,1

(2)

В фокальной плоскости (, f ) . сферической линзы 4 пространственное

распределение комплексных амплитуд света описывается выражением (при освещении транспаранта 3 параплельныь. световым пучком единичной амплитуды от лазера 1 и коллиматора 2)

+ N|2 Т (/,.)Ii:F(x,y)irect - l

--Nlo - IpnVX J

и--«IT

)Jr,),.

И p (x)sinc( Пр(х). q (x - x)(x ,.

.

-Nil

(3)

- длина волны света;

- фокусное расстояние сферической линзы;

- координата фокальной плоскости, параллельная строкам растра.

Непосредственно за пространствен- в апертуре его щели

фильтром 5

пределение комплексных амплитуд

Л 00

.

0

Т

1 -IJ-h

« rect

f f ( p (x)sinc(j p(x)«

I

-Af n

(x -b)

35

1 r i2Jix , I Af. ,

lira exp Ir-r-(x --)dx

I. At p

(2п - 1)с

(4)

40 Из усло.вйя (2) следует, что изменение амплитуды функции sinc( (х) на апертуре щели пространственного

. „ . Af

фильтра 5 длиной 1 не превыша10% от ее максимального значения, но 1. Полагая sinc(rjp (х) й1 в делах указанной апертуры, для выения (4) получают условие

sincC ip (х)) К1.

(5)

Nit J--K10 Щ Jp(x)q(x п N(j l. «°

Т,(, )

- x)dx/ ехр/ - -(2п ) Ы|7

R(xJ

(2n

- DC) gr (x

--) R(7) &(K -Щ.

POPo

Из выражения (6) видно, что непосредственно в апертуре щели пространственного фильтра 5 распределени амплитуд света описывается набором квазиплоских волн, амплитуды которы соответствуют отсчетам. искомой фун ции корреляции К( я) . Величина наклона п-й волны соответствует отсчет

R( функции корреляции, пропорциональной номеру п-й строки растра, н .которой записана соответствующая пара сигналов р и q ..

Дня пространственного разделения отсчетов R(x) функции корреляции в выходной плоскости между фокальной .плоскостью (, ч) сферической линзы 4 и выходной плоскостью коррелятора, вдоль вертикального направления йы- полняется пространственное Фурье- преобразование. Дпя сохранения структуры сигнала корреляции в каждой канапе в горизонтальном направлении выполняется операция отображения щели пространственного фильтра 5 на выходную плоскость коррелятора. Оба указанных преобразования вьшолняются с помощью цилиндрической линзы 6. Поскольку в оптическом каскаде корре лятора между плоскостями ($,1 )-и выходной плоскостью коррелятора дпя щели пространственного фильтра 5 вдоль вертикального направления осуществляется операция свертки Фурье- преобразования функции ) с функцией S (y ) , то распределение комплексных амплитуд непосредственно перед апертурой линейки 7 фотоприемных

элементов описывается выражением

ч , N11 /

{ ZZ J R(x)exp { ID -N|7 -ch{ - (2n - 1) exp (i2li 4 )d7 e

N12- . „ D eS(y) ZIlR(x Jsinc (y - , - . -Nia

2n - 1 2

c)

Af

Линейка 7 фотоприемных элементов регистрирует пространственный сигнал вида

1285501

1

ч 1 iр

R2(x )sinc4 ,

- Nia

(8)

fO

.с

Совокупность значений отсчетов функции R2(х ,), каждое из которых реализовано в апертуре соответствующего фотопрнемного элемента линейки 7, соответствует дискретному варианту искомой пространственной функции корреляции.

Формула изобретения

- .с

40

45

50

55

Когерентно-оптический многоканальный коррелятор, содержащий располо- женные последовательно на оптической оси лазер, коллиматор, транспарант,

20 сферическую линзу, пространственный фильтр, расположенный в фокальной плоскости сферической линзы, астигматический линзовый блок и линейку фотоприемных элементов, при этом

25 изображение, записанное на транспаранте, выполнено в виде периодических пространственных вариаций коэффициента пропускания, промодулирован- ных комбинированной растровой пост30 рочной записью входных сигналов, . отличающийся тем, что, с целью повышения точности и упрощение конструкции, апертура пространственного фильтра вьшолнена в

jr виде щели, расположенной ортогонально строкам растра транспаранта на М

расстоянии„ Af длиной -,

от оптической оси, и

о

где

- длина волны све

та; f - фокусное расстояние сферической линзы; р - период пространственных вариаций коэффициента пропускания транспаранта; с - расстояние между соседними строками растра, астигматический линзовый блок выполнен в виде цилиндрической линзы, примыкающей к пространственному фильтру, причем центр цилиндрической линзы совпадает с центром щели, образующая цилиндрической линзы расположена под углом 45 к строкам растра транспаранта, а фокусное расстояние цилиндрической линзы равно половине расстояния между простран- ственньм фильтром и линейкой фотоприемных элэментов, расположенной

Af на расстоянии - от оптической оси.

f

Изобретение относится к области оптической обработки информации и может быть использовано для обнаружения и распознавания различных одномерных сигналов. Целью изобретения является повьппение точности и упрощение конструкции коррелятора. С этой целью пространственный фильтр кЬррелятора с комбинированной растровой записью сигналов вьшолнен в виде щели, геометрические характеристики которой определены параметрами входного растра и световой волны; а астигматический линзовый блок; выполнен в виде цилиндрической линзы, примыкающей к пространственному фильтру, причем образующая линзы расположена под углом 45 к строкам растра, а фокусное расстояние линзы равно половине расстояния между пространственным фильтром и линейкой фотоприемных элементов. 1 ил. k/}

Редактор И.Николайчук

Составитель Г.Зелинский

Техред В.Кадар Корректор И. My ска

Заказ 7527/52Тираж 670 Подписное

ВНИИПИ Государственного .комитета СССР

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

11рои1зводственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4