Оптико-электронное корреляционное устройство Советский патент 1988 года по МПК G06G9/00 

к:

Изобретение относится к области радиотехники, в частности к устройствам корреляционного слежения за объектом, и может быть использовано, например, в качестве активного сенсора в системах управления движением робота.

Целью изобретения является повышение чувствительности к малым сме- щениям изображения объекта и увеличение точности определения координат максимума корреляционной функции, f

На чертеже представлена функциональная схема оптико-электронного корреляционного устройства,

Оптико-электронное коррелят ионное устройство содержит расположенные последовательно на оптической оси источник когерентного света 1, кол- лиматор 2, первый управляемый оптический транспарант 3, первый считывающий светоделитель 4, входной светоделитель 5, состоящий из полупрозрачного 6 и отражательного 7 зеркал, формирователь 8 перевернутого изображения, состоящий из линз 9 и 10, ;первый Фурье-преобразующий элемент 11, выполненный в виде билинзы из первой 12 и второй 13 половин, в све товых пучках от первой и второй половин билинзы установлены рассеивающая 14 и фокусирующая 15 линзы, в непосредственной близости от которых

в плоскости пересечения световых пуч

ков установлен второй управляемый оптический транспарант 16 для записи обобщенной голограммы квазиспектра, непосредственно за которым расположен второй считьюающий светоделитель 17, на фокусном расстоянии от второго управляемого оптического транс паранта расположен второй Фурье-преобразующий элемент 18, в задней фокальной плоскости которого расположе

двумерный фотоприемник 19, выход которого является выходом устройства, выходы же импульсного источника питания 20 электрически связаны с источником когерентного света, первым и вторым управляемым оптическим транспарантами и источником подсвета 21 объекта 22, изображение которого проектируется на первый управляемый оптический транспарант объективом 23

Устройство работает следзтощим образом.

Источник подсвета 21, запускаемый от импульсного источн ика питания 20,

Q

5

0 5 0

5

Q

периодически освещает объект наблюдения 22. Объектив 23 формирует изображение объекта Е(х,у) на фото- проводящем слое первого управляемого оптического транспаранта 3, работающего в покадровом режиме преобразования некогерентного изображения в когерентное. Двумерный когерентный сигнал, сформированный источником когерентного света 1, коллиматором 2 и транспарантом 3, делится полупрозрачным зеркалом 6 на два изображения, смещенных относительно оптической оси первого Фурье-преобразующего элемента 11 на половину его апертуры. При этом второе изображение поступает на вход формирователя 8 перевёрнутого изображения, выполненного из двух одинаковых линз 9 и 10, установленных на двойном фокусном расстоянии одна от другой. Таким образом, на входе коррелятора с совместным преобразованием на Фурье-преобразую- щем элементе 11, выполненном в виде билинзы, верхняя и нижняя половины которой смещены одна относительно другой на фокусное расстояние билинзы, сравнивают два изображения E() и ), где d - половина апертуры элемента 11. В плоскости пересечения световых пуч ков от верхней и нижней половины билинзы формируются два оптических сигнала с комплексными амплитудами, пропорциональными квазиспектрам

G,(f,l)

, .)

G,(f,0

.. -Alt - )

. кч

е.е

сравниваемых изображений. Результат интерференции этих сигналов IG д. записывается на втором управляющем оптическом транспаранте 16, в непосредственной близости от которого, для компенсации квадратичных .фазовых изменений

- 2f,

.(7) -()

и е.

55

в пучках оптических сигналов, установлены рассеивающая 14 и фокусирующая 15 линзы. Таким образом

IG. + С.

G,l -f IGJ -ь

Zb-i.cL + G(:),7)-e - i -КЛ 2.d + G(t,7) G,(t,V).e т.е. регистрируется обобщенная голограмма квазиспектра, которая затем считывается когерентным пучком от светоделителя 17. В результате обратного преобразования Фурье линзой 18 в выходной плоскости коррелятора возникает сложная картина: в центре, пропорциональная автокорреляционным функциям Е Ё , Ё « Е. и двух светлых информационных областей корреляции g g и g gj, находящихся по обе стороны от центра на расстоянии 2d, интенсивность и координаты одного из которых определяется,

|Е(х,у)| |С,(ГЛ).С;(| Л)

: |1-2.а. L-A-cx-f yn.) ,

.е е .; . |g,U,y)gJ(x,y - 2d)|,

где ,1 - координаты в плоскости формирования квазиспектра измеряются двумерным фотсприемником 19.

При смещении изображения объекта на входе первого управляемого оптй ческого транспаранта на величину ix Ay на входе билинзы сравниваются два изображения

Е(х -а x,V, - (d + uy)j и Е.(-х +Лх, -у + d +ДУ).

В плоскости расположения двумерного фотоприемника распределение поля бу- ,дет пропорционально преобразованию Фурье квазиспектров G и G2

)-GiU -й л-: | 2AA-t-4ittL + ay)

-л 7)-е , i asuC -ftvO . е . g(x,y)

g(x - 24Х, у - 2(d +4 у)) ;,- t- Vf- j ) ,

где смещения квазиспектра Л , д i являются функциями смещений их, ду, Tie. при дх йу О смещения квазиспектра тоже равны нулю. Отклик на выходе фотоприемника пропорционален

I g,(x,y) g (x - 2лх, у - - 2(d +ду))|

т.е. смещение квазиспектра (Д ,д не влияет на измеряемые координаты интенсивности функции корреляции

g §2 плоскости (fjT) пересечения световых пучков (плоскость квазиспектров) происходит расширение дифракционной картины 4 d квазиспектров G и G, которое приводит

к пропорциональному сужению функции корреляции по сравнению функции корреляции у прототипа, равному удвоенному размеру исследуемого изображения объекта, т.е. 2d. В

разработанном устройстве сужение размера корреляции происходит пропорционально увеличению размеров квазиспектра по сравнению с центральным пятном дифракции d в фокальной плоскости, т.е.

z

где d - размер исследуемого изображения объекта; - смещение плоскости (f,7

квазиспектраJ д - фокусное расстояние билинзы.

В результате вьигрьш в размерах корреляционного пика равен

В

IKOP,

2d,/

1

f

Например, при Я 6-10 см, л 10 см, Af/fA 0,5, d, 0,5 получаем В ъ 10 .

Формула изобретения

Оптико-электронное корреляционноеj, устройство по авт. св. № 1244681.,

отличающееся тем, что, с целью увеличения точности определения координат максимума корреляционной функции, в устройство введены рассеивающая и фокусирующая линзы, а первый Фурье-преобразующий элемент выполнен в виде билинзы, первая и вторая половины которой смещены одна относительно другой вдоль оптической оси на фокусное расстояние билинзы, причем входы первой и второй половин билинзы оптически связаны соответственно с выходами отражающего зеркала и формирователя перевернутого изображения, а рассеи

514100716

1 ающая линза установлена между выхо- установлена между выходом второй по- ioM первой половины билинэы и входом ловины билинзы и входом второго уп- торого управляемого оптического равляемого оптического транспаран ранспаранта, а фокусирующая линза

та.

уста лови равл

та.

Изобретение относится к области радиотехники, в частности к устройствам корреляционного слежения за объектом, и может быть использовано. iнапример, в качестве активного сен-; сора в системах управления движением робота. Цель изобретения - повышение точности определения координат максимума корреляционной функции и чувствительности к малым смещениям изображения объекта. Это достигается тем, что в оптико-электронном корреляционном устройстве первый Фурье- преобразующнй элемент выполнен в виде билинзы, верхняя и нижняя половины которой смещены одна относитель- но другой вдоль оптической оси на фокусное расстояние билинзы, а дЛя компенсации квадратичньпс фазовых изменений в световых пучках от верхней и нижней половин билинзы установлены рассеивающая и фокусируницая линзы. 1 ил. i (Л