Устройство для пространственного корреляционного анализа изображений Советский патент 1989 года по МПК G06G9/00 G03H1/00 

Изобретение относится к оптической обработке информации, а именно к корреляторам пространственных сигналов и изображений, и может быть использовано для распознавания образов в реальном масштабе времени.

Цель изобретения - повышение надежности и увеличение точности распознавания образов.

На чертеже представлена оптическая схема устройства.

Устройство содержит двухчастотный лазер 1, оптически связанный с входом формирователя 2 световых Пучков (выделен пунктиром), первый и второй транспаранты 3 изображений, установленные на входах соответственно первого и второго Фурье-объективов 4, нелинейную среду 5, расположенную в совмещенных между собой выходных фокальных плоскостях первого и второго Фурье-объективов 4, фото У1

регистратор б, снабженный светофильтром 7. Формирователь 2 световых пучков включает, в себя спектральный делитель 8 светового пучка и зеркала 9

Устройство работает следующим образом.

Излучение двухступенчатого лазера 1 поступает в формирователь 2, где сначала преобразуется в параллельный двухчастотный (, , ij ) световой пучок, затем разделяется спектральным делителем 8 на два одночастотных пучка, которые направляются зеркалами 9 на входы соответствующих транспаран- тов 3 изображений Л, с/ О, , с/.г, где Л, и длины волн из- I лучение лазера5 с - скорость света. Первая и вторая Фурье-линзы 4 формируют пространственные распределения интенсивности света, соответствующие пространственным энергетическим спектрам первого и второго транспарантов 3, в объеме нелинейной среды 5.

Молекулы вещества нелинейной ере- ды 5 под действием излучения с длиной волны 7, переходят в первое возбужденное состояние. При совпадении пространственных спектров в те участки, где молекулы находятся в возбуж- денном состоянии, попадает излучение с длиной волны Д,., которое переводит молекулы во второе возбужденное состояние. При этом молекула нелинейног вещества пЬглощает два кванта света с длинами волн Л, и 7. Затем в результате безизлучательных переходов за счет электронно-колебательной релаксации происходит потеря энергии UE и молекула переходит в основное состояние, излучая квант света с длиной волны. Til

.

-Д. +

-А-й

ст

где

ло - V Л,+

АЕ

...

h - постоянная Лпанка. Вещество обладает высоким квантовым выходом люминесценции при погло- щении из возбужденного состояния, т.е.. значительная часть повторно возбужденных молекул возвращается в основное состояние. При этом интенсивность люминесценции пропорциональна степени совпадения про странственных crtekTpoB сравниваемых образов. Излучение с длиной волны j проходит через светофильтр 7 (который не nponyc

0

0

5 0 5 0

5

0 5

кает излучение с длинами волн 91 и Tvj) и попадает в фоторегистратор 6, измеряющий величину корреляционного сигнала.

В примере конкретной реализации устройству двухчастотным лазером 1 является одномодовый лазер на алюмо- иттриевом гранате с неодимом, а не-, линейной средой 5 - краситель родамин 6Ж. Излучение лазера (длина волны 1,064 мкм, энергия в импульсе до 50 мДж, расходимость л,- I мрад) преобразовывалось с эффективностью до 40% в излучение второй гармоники с помощью термостабилизированного преобразователя типа 114-105. Используемый в качестве нелинейного вещества 5 этанольньй раствор красителя родамина 6Ж интенсивно поглощает излуче-. ние второй гармоники с длиной волны 532 нм.. При этом больщинство молекул красителя переходит в долгоживующее ( с) триплетное состояние. Молекулы, находящиеся в триплетном состоянии, поглощают излучение с длиной волны 1,064 мкм, переходят в новое возбужденное состояние, из которого возвращаются в основное состояние с испусканием квантов света с длинами волн в диапазоне 380-420 нм.

Излучение люминесценции, интенсивность которого пропорциональна степени совпадения пространственных спектров сравниваемых образов, проходило через светофильтр 7 из стекла УФС-6 в узел фоторегистрации 6, состоящий из собирающей кварцевой линзы и фотоприемника с осхщллографом.

Повьшение надежности, распознавания образов обусловлено спектральной селекцией корреляционного сигнала. Шумы рассеяния в нелинейной среде р,т исходных световых пучков режектируют- ся светофильтром 7. При вырожденнрм четырехволновом взаимодействии корреляционный сигнал смешан с интёйсив- ными шумами рассеяния. В конкретной реализации коррелятора с спектральной селекцией отношение сигнал/шум примерно на порядок выше, чем в корреляторе на вырожденном четырехвол- новом взаимодействии .без спектральной фильтрации.

Точность сравнения образов увелит чена за счет уменьшения деградации корреляционного сигнала с ростом про- стр1анственной частоты в распознаваеMOM образе ( ростом угла дифракции светового пучка ни транспаранте 3 изображения). Это связано с тем,что интенсивность люминесценции нелинейной среды, поглощающей в возбужденно состоянии, не зависит от направления падения поглощаемого и возбуждающего световых пучков, т.е. не зависит от угла, под KOTOpbiM пересекаются эти пучки в объеме нелинейной среды. Величина корреляционного сигнала начинает па дать только при таких углах пересечения, для которых сказывается геометрическое уменьшение рабочего объема нелинейной среды. Для типичных значений толщины h слоя нелинейной среды и поперечного сечения а световых пучков (h 0,2 мм; а 0,02 мм) объей зоны взаимодействия уменьшается в два раза для углов дифракции около 100 мрад, величина которого дает теоретическую оценку высшей пространственной частоты в распознаваемом образе.

Фор мула и;зобретения

Устройство дпя пространственного корреляционного анализа изображений, содержащее лазер, оптически связан1

м

509954 ный

с входом формирователя световых пучков, первый и второй выходы которого оптически связаны с входами соответственно первого и второго транспарантов изображений, выходы которых оптически связаны, с входами соответственно первого и второго Фурье-i. объективов, нелинейную среду, вход

10 которой находится в совмещенных между собой выходных фокальных плоскостях первого и второго Фурье-объективов, а выход нелинейной среды оптически связан с фоторегистратором,

15 отличающееся тем, что, с целью повьшгения надежности при увеличении точности распознавания образов, лазер выполнен двухчастотным, первая и вторая частоты излучения которого

20 находятся в полосе поглощения нелинейной среды соответственно в основном и возбужденном состояниях, нелинейная среда выполнена из вещества с высоким квантовым выходом люминесцен25 ции, фоторегистратор снабжен светофильтром, в полосе пропускания которого находятся частоты люминесценции нелинейной среды, а в полосе режек- ции светофильтра - частоты излучения

30 лазера.

Изобретение относится к оптической обработке информации, а именно к корреляторам пространственных сигналов и изображений, и может быть использовано для распознавания образов в реальном масштабе времени. Целью изобретения является повышение надежности устройства при увеличении точности распознавания образов. Устройство содержит двухчастотный лазер, выход которого через формирователь световых пучков оптически связан соответственно с первым и вторым транспарантами изображений, оптически соединенными соответственно с первым и вторым Фурье-объективами. В совмещенных между собой выходных фокальных плоскостях Фурье-объективов находится нелинейная среда, имеющая высокий квантовый выход люминесценции при поглощении из возбужденного состояния. Повышение надежности достигается за счет увеличения отношения сигнал/шум в корреляционном сигнале (излучение люминесценции), что связано со спектральной селекцией последнего. Увеличение точности распознавания связано с расширением полосы пространственных частот в образах, поскольку интенсивность люминесценции не зависит от направления падения на нелинейную среду возбуждающего и поглощаемого световых пучков. 1 ил.

. J