Способ отображения однотипной информации с фазового транспоранта Советский патент 1990 года по МПК G06K15/12 

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники, а именно к способам отображения однотипной информации с фазового транспаранта.

Целью изобретения является увеличение контрастности отображаемой однотипной информации.

На чертеже изображена оптическая схема устройства, реализующего предложенный способ отображения однотипной информации с фазового транспаранта.

Устройство, реализующее предложенный способ, содержит источник 1 квазимонохроматического излучения.

конденсатор 2, кадровое окно 3 с фазовым транспарантом 4,, объектив 5, визуализирующую диафрагму 6 и экран 7 i

Диафрагма 6 имеет переменную оптическую толщину. В области нулевого порядка дифракции она изменяется скачком на величину

1 - Л/4+Д/2,

(О

где

1о

изменение оптической толщины визуализирующей диафраг- мь в области определения нулевого порядка дифракции; - длина волны квазимонохроматического источника излучения;

А - изменение оптической толщины в отображаемом фрагменте записи фазового транспаранта.

Такое изменение оптической толщины визуализирующей диафрагмы обеспечивает изменение фазы проходящего оптического сигнала на величину

/fl-T/2+ f/2,

(2)

где Ц) - изменение в отображаемом фрагменте записи, соответствующее изменению оптической толщины Д. Вне области нулевого порядка дифракции диафрагма имеет переменную оптическую толщину, соответствующую изменению фазы проходящего оптического излучения на величину оЈ

При расположении источника излучения в заднем фокусе конденсора координаты пространственных часfor NX Зц определяются через пространственные координаты f Ј плоскости визуализирующей диафрагмы с помощью выражений

-М }

х

45

В плоскости визуал рагмы формируется про спектр элементарных о налов, описываемый Фу транспаранта

t(x)-F{t(x)}«PK()+f% Q)), (5J

f фокусное расстояние объектива.

Процесс восстановления визуализи- L-ованного изображения фазового транспаранта может быть описан с исполь- L манием аппарата Фурье-оптики. Для простоты изложения может быть,рассмотрен одномерный случай оптической системы с точечным источником.

Комплексный амплитудный коэффициент . if опускания транспаранта с фрагмен- т -м записи задается выражением

0

t(x)PK(x)+t3(x-x0), где t3(x)P(x)exp|lf-l J,

(3)

Рк(к)

Vx)

1 - в области кадрового окна О - вне области кадрового окна ,

1 - в области фрагмента з.аписи О - вне области фрагмента записи,

ха - координата центра фрагмента

записи; t(x) - коэффициент пропускания

транспаранта, ограниченного кадровым окном;

t-(х) - коэффициент пропускания участка транспаранта в области фрагмента записи со скачком оптической толщины Д, соответствующим изменению фазы tj .

Коэффициент пропускания t.(x) удобно представить в виде

t(x)|t(x) exp(), (4)

где | tv(x)IH2(l-cosU)P%(x), 4d f/2+1T/2 .

В плоскости визуализирующей диафрагмы формируется пространственный спектр элементарных оптических сигналов, описываемый Фурье-спектром транспаранта

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике. Целью изобретения является увеличение контрастности отображаемой однотипной информации. Поставленная цель достигается тем, что в способе, основанном на пространственной модуляции оптического сигнала фазовым транспарантом с однотипной информацией, Фурье-преобразовании результатирующего оптического сигнала в пространственный спектр элементарных оптических сигналов, изменении начального значения фазы элементарного оптического сигнала нулевой пространственной частоты на величиную равную сумме четверти длины волны оптического сигнала и половине изменения оптической толщины во фрагменте записи однотипной информации, и обратном Фурье-преобразовании пространственного спектра элементарных оптических сигналов, после изменения фазы элементарного оптического сигнала нулевой пространственной частоты определяют фазы элементарных оптических сигналов, кроме сигнала нулевой пространственной частоты, и изменяют фазы каждого из элементарных оптических сигналов, кроме сигнала нулевой пространственной частоты, на величину, равную разности между фазой, соответствующей сумме четверти длины волны оптического сигнала и половине изменения оптической толщины во фрагменте записи однотипной информации, и начальной фазой соответствующего элементарного оптического сигнала, кроме сигнала нулевой пространственной частоты. Таким образом, за счет изменения начальной фазы элементарных оптических сигналов ненулевых пространственных частот достигается увеличение контрастности отображаемой информации. 1 ил.

оператор Фурье-преобразова- ния;

пространственный спектр фрагмента записи, определяемый в свою очередь выражениями

)-|tc«x)|exp JVC}), Рг() -ftvQQllxp j() ,

|ЕЛ)(.С) ,)

t(V,VV,) - фур&е r TTOtrmr«.T / Ort lv no pr PtaOWWr itrtrT4W-

спектры соответственно функций t(x), Р(х).

Q

t(x),

PV (X) ,

Пространственньй спектр транспаранта преобразуется визуализирующей диафрагмой с амплитудным коэффициентом пропускания Ј(R), который внутри светового диаметра диафрагмы,

515646636

соответствующего максимальной (про-ной частоте Зм , описывается выражё2

пускаемой диафрагмой) пространствен- нием

, ,Гехр j(lf/2+P/2) W Uxp ,)-exp-j(ft-V(V

о

Откуда с учетом выражения (6) следует, что для .фрагмента записи с постоянным изменением оптической толщины фаза ) .коэффициента пропускания визуализирующей диаф- рагмы на ненулевых пространственных частотах полностью определяется фазой (J (Зх) пространственного спектра функции Р(х), задающей в соответствии с (3) границу фрагмента записи,

обОх) -tfyC-O,).

Если функция P-v(x) четная (что справедливо для большинства видов регулярной фазовой записи), то ее пространственньй спектр Р-Оц) является действительным, а фаза Л(х) имеет либо нулевое значение Г при Р(Х)Ь (Г, либо значение it Јпри Р, Qx).0. Однако независимо от вида функции Р с(х) .описанная визуализирующая диафрагма преобразует пространственный спектр Ра (0 у) в действительную функцию в интервале пространственных частот

Одинаковая конфигурация фрагментов при записи однотипной информации на фазовом транспаранте обеспечивает неизменность фазы элементарных оптических сигналов, в результате чего визуализирующая диафрагма с пропусканием, заданным выражением (7), одинаковым образом преобразует пространственный спектр фрагментов записи (независимо от их положения в кадровом окне). Практически коэффициент пропускания Ј(Зх) принимает значение exp jCf0 в некоторой области вблизи нулевого значения пространственной частоты, #пя которой выполняется соотношение | )} j .) Поскольку при фрагментарном характере записи размер фрагмента х, намного меньше размера кадрового окна хк, то пространственный спектр РК(Х), соответствующий кадру без записи,, сосредоточен вблизи оптической оси (х«0) в области намного меньшей, чем спектр фрагмента записи

при VK 0

при

при /-5x1 тч

(7)

t.f O,). Поэтому пространственный Ю спектр t О у), трансформированный визуализирующей диафрагмой и равный

Ј (V-t(V.Ј(V,

5

описывается выражением

VI

)exp j%+t.Ox)exp(-j2411 хх0)ехр jot(},),°

20

которое после преобразования с учетом, зависимостей (6) и (7) принимает вид

х,

(8)

Слой свободного пространства между визуализирующей диафрагмой и экраном осуществляет обратное Фурье- преобразование от трансформированного визуализирующей диафрагмой пространственного спектра элементарных оптических сигналов

t (-x) ()$,(9)

где t (x ) - амплитуда оптического

сигнала в плоскости эк- , рана;

F - оператор обратного Фурье-преобразования. С учетом соотношения (8) выражение (9) преобразуется к виду

t (x )-exp (x /p)+tj(x /p-xe)

где |5 - увеличение между оптически

сопряженными плоскостями кадрового окна и экрана,

50

)-F({|(Vl}

Для восприятия информации, записанной в виде однотипных фрагментов (соответствующим, например, линиям или точкам формируемого изображения), важен контраст центральной области изображения этих фрагментов относительно окружающего его фона. Это значение контраста пропорционально отношению освещенности изображения в центре фрагмента к освещенности фона и непосредственно задается интенсивностью оптического сигнала в плоское- .ти экрана для координаты , т.е. величиной j t1 (x 0)| a.

В соответствии с соотношениями (3), (8) и (9) величина t (xa) определяется через трансформированный npo странственный спектр путем его интегрирования в интервале | , преобразуемых частот Чт

() j( +

/VI

t

t (x 0)| t ()dVK-exp j(|0|l +

+ ).(П)

Из полученного выражения следует, что использование диафрагмы с коэффи циентом пропускания, соответствующим выражению (7) и обеспечивающим- осуществление предлагаемого способа отображения информации, позволяет получить оптический сигнал максималь- ной интенсивности. Действительно, при нарушении выражения (7) интегрируемые в уравнении (11) элементарные оптические сигналы, соответствующие трансформированному пространственному спектру V Oj), не будут иметь постоянную для всех сигналов фазу If0, что приведет к уменьшению интенсивности получаемого сигнала

.

Одновременно с увеличением сигнала в центре изображения фрагмента записи происходит (в соответствии с законом сохранения энергии) его уменьшение к краю фрагмента, т.е сужение фактического изображения фра мента по сравнению с его геометрическим размером, что для систем отображения информации является дополнительным положительным эффектом.

Так, например, для фрагмента записи с центром в точке xff и границами, которые задаются функцией P.(x)rect(x/ux), отношение интенсивности сигнала для центральной облас - ти изображения фрагмента |t (xj,)l4 к интенсивности фоновой области Jtq,(x )| 1 в соответствии с зависимостями (6), (11) задается выражением

(x 0 )lV|t;(x1)

J

,t «чг

-coeif)J 1()1 d3 ,

-«m

(12)

где Pv()bx sin( S ))(-ux) A%.

При условии, что граница визуализирующей диафрагмы совпадает с одним из нулей функции Р,, Ох), т.е. , где N 1,2,3,..., при ист пользовании функции интегрального

синуса sin U/UdU выражение (12)

приводится к виду

N-i

0

0

5

5

5

(I, p ГГ-ln+1

(l-costf)Ar 2 21 (-I) Si(7n)i- L n-

(-i)Msi((13)

В тоже время для визуализирующей диафрагмы с е((-0х)0 (прототип) соответствующее выражение имеет вид

2л)2Д-соз Ј) nl

1Г

SiC«N)

(14)

5

0

5

Использование выражений (13), (14) при1|)Ти приводит соответственно к значениям , 16 и Кя 8,76, т.е. предлагаемый способ отображения информации обеспечивает более чем трехкратное увеличение яркости визуализированного изображения, или при сохранении яркости изображения позволяет более чем в три раза уменьшить мощность источника излучения.

Формула изобретения

Способ отображения однотипной информации с фазового транспаранта, основанный на пространственной модуляции оптического сигнала фазовым транспарантом с однотипной информацией, Фурье-преобразовании результирующего оптического сигнала в пространственный спектр элементарных оптических сигналов, изменении начального значения фазы элементарного оптического сигнала нулевой пространственной частоты на величину, равную сумме четверти длины волны оптического сигнала и половины изменения оптической толщины во фрагменте записи однотипной информации, и обратном Фурье-преобразовании пространственного -спектра элементарных оптических сигналов, отличающийся тем, что, с целью увеличения контрастности отображаемой однотипной информации, после изложения фазы элементарного оптического сигнала нулевой пространственной частоты определяют фазы элементарных оптических сигналов, кроме сигнала нулевой пространственной частоты, и изменяют фазы каждого из элементарных оптических сигналов, кроме сигнала нулевой про- странствеиной частоты, на величину, равную разности между фазой, соответствующей сумме четверти длины волны оптического сигнала и половины нзме15

нения оптической толщины во фрагменте записи однотипной информации, и начальной фазой соответствующего элементарного оптического сигнала, кроме сигнала нулевой пространственной частоты.