Устройство оптической спектральной обработки изображения шероховатой поверхности Советский патент 1990 года по МПК G06E3/00 

направления перемещения модулятора 3 полключены к входу задания изменения фазы генератора 14. Выходы ге нераторов 13 и 1 подключены соответственно к первому и второму входам несущей частоты частотного преобразователя 12. N опорных входов частотного преобразователя 12 подключены к выходам соответствующих фотодиодов 11. Выход фотоприемника 5 подключен к информационному входу частотного преобразователя 12, N выходов которого подключены к соответствующим входам анализатора 1. Кроме того, (Ы-и)-я оптическая плоская решет.ка 6 модулятора 3 выполнена в виде двух совмещенных в одной плоскости оптических решеток-, установленных с возможностью изменения .взаимной ориентации полос, а k оптических решеток 6 (k N) ориентированы под различными углами кгоризонтальной оси. Частотный преобразователь 12 содержит N синхронных детекторов 15, каждый из которых состоит из полосо вого фильтра 1б, однополосных мсэдуляторов 17 и 18, умножителя 19 и фильтра 20 нижних,частот. Выход полосового фильтра 16 каждого синхрон ного детектора 15 подключен к инфор мационному входу соответствующего однополосного модулятора 17, выход которого подключен к второму входу соответствующего умножителя 19. Выход умножителя 19 каждого синхронно го детектора 15 подключен к входу соответствующего фильтра 20. Входы полосовых фильтров 16 объединены и являются информационным входом преобразователя 12. Входы несущей частоты однополосных модуляторов 17 и 18 объединены и являются соответственно первым и вторым входами несущей частоты преобразователя 12. Опо ный вход каждого однополосного моду лятора 18 является соответствующим опорным входом преобразователя 12, а выход каждого из фильтров 20 явля ется соответствующим выходом преобразователя 12. Устройство работает следующим образом. Объектив 2 формирует изображение исследуемой поверхности (в данном случае морской поверхности) в плоскости оптических решеток 6 модулято ра 3. При смещении вдоль оси X модулятор 3 преобразует изображение, сфокусированное объективом 2, в N светопых сигналов, яркость которых пропорциональна произведению плотности модулятора 3 и яркости изображения морской поверхности в координатах X, Y. При этом фаза каждого из сигналов имеет составляющую (2.jr/;)Vt, где - пространственный 1ериод соответствующей решетки 6j V - скорость смещения модулятора 3. Световые сигналы с выхода модулятора 3 интегрируются линзой i, а фотоприемник 5 преобразует световые сигналы в электрические, поступающие на вход частотного преобразователя 12. Полосовые фильтры 1б синхронных детектором 15 осуществляют разделение электрического сигнала на составляющие, соответствующие световым сигналам, сформированным оптическими решетками 6 перемещающегося модулятора. 3. Сигналы на выходах полосовых фильтров 16 имеют следующий вид: , t)( -V27 - - , xcosC-;-V,t ±-:;-Vt), где L( - направление анализа по азимутальномууглу; €,( /. ц) - спектральная плотность уклонов волн на пространственном периоде 1„ в направлении Lf , -соответственно центральная частота и полоса пропускания соответствующего полосового фильтра I6i -максимальная скорость перемещения волн на исследуемой поверхности относительно плоскости оптических решеток 6. Эти сигналы поступают на входы соответствующих однополосных модуляторов 17, на опорные входы которых подается сигнал генератора 13 несущей частоты. Однополосный моду5

лятор 17 в каждом синхронном детекторе 15 осуществляет перенос сигнала с выхода соответствующего фильтра 16 на частоту oJ генератора 13. Одновременно вспомогательный опор ный сигнал, сформированный каждым фотодиодом 11 с помощью соответствующего светодиода 10 при смещении меж ду ними соответствующей оптической решетки 6 модулятора 3i поступает на опорный вход соответствующего однополосного модулятора 18, На другой вход каждого однополосного модулятора 18 подается сигнал с частотой to генератора 1. Однополосные модуляторы 18 осуществляют перенос вспомогательного опорного сигнала с соответствующих фотодиодов 11 на частоту uJ генератора 1.- Сигналы на выходах однополосных модуляторов

18имеют следующий вид: .

Acos(wt + -- Vt).

Сигналы, сформированные однополосными модуляторами 17 и 18, поступают на соответствующие входы умножителя 19. На выходе умножителя

19в каждом синхронном детекторе 15 формируется сигнал на разностной частоте Wo ш - Ы,.

Каждый фильтр 20 нижних частот отфильтровывает составляющие сигнала с частотой, большей частоты среза со „У, где „ - полоса пропускания соответствующего полосового фильтра 1б„ На выходах фильтров 20 сигналы имеют вид

.,21Г.

-

t

r-j

К1

2 -

xCOsCtOjt 4- -V t).

С ВЫХОДОВ фильтров 20 сигналы поступают в анализатор 1 спектра временных частот.

При смене направления смещения модулятора 3 с помсчцью электродвигателя 8 и кулачкового механизма 7 группа 9 контактов обеспечивает формирование сигнала, поступающего на вход Задания изменения фазы генератора 1.

При этом фаза сигнала генератора 1A изменяется на Т, а сигналы на

9f3156

выходах однополосных модуляторов 18 принимают вид

7lf - 5 AcosCwt -4 Vt).

Пи

Следовательно, при любом направлении движения модулятора 3 обеспеJQ чи;:ается синфазная обработка сигналов, сформированных изображением морской поверхности.

Анализатор 1 работает либо в режиме формирования и записи текущих

. случайных реализаций временного спектра, либо в режиме некогерентного временного накопления случайных реализаций спектра с помощью многоканального интегратора, входящего в состав анализатора 1. В первом случае на выходе анализатора 1 формируются текугцие спектры изображения морской поверхности, по которым определяют период и форму модуляции длинных энергонесущих волн, а также сравнивают характер сигналов при различных пространственных периодах оптических решеток и азимутальных углах gj модулятора 3. Во втором случае на выходе анализатора

30 1 формируется усредненный спектр, по которому можно определить среднее смещение центра спектра от частоты сОо вызванное проекцией ветрового дрейфа и течения на.направлении анализа и фазовой скоростью анализируемой волны, а также 1иирину спектра, обусловленную орбитальными скоростями длинных модулирующих энергонесуцих волн.

Формула изобретения

1. Устройство оптической спектральной обработки изображения шероховатой поверхности, содержащее ана45.лизатор спектра временных частот и последовательно расположенные на оптической оси объектив, модулятор, размещенный в сопряженной плоскости объектива, линзу и фотЬприемник,

50 причем модулятор выполнен в виде

размещенных в плоскости, перпендикулярной оптической оси, N прямоугольников из оптических плоских решеток разного периода, coвмey eнныx длинными сторонами, отличающее- ч, с я тем, что, с целью повышения точности, в него введены N светодибдов, N фотодиодов, частотный преобразователь, первый и второй генераторы

Изобретение относится к средствам аналоговой вычислительной техники и может быть использовано для измерения временных спектров изображения шероховатой поверхности, в частности морской поверхности. Цель - повышение точности. Для достижения цели модулятор имеет возможность возвратно-поступательного движения в горизонтальной плоскости и снабжен группой контактов, светодиодов и фотодиодов, способствующих синхронному преобразованию и фильтрации временных частот, соответствующих пространственным частотам на изображении морской поверхности. 2 з.п.ф-лы, 1 ил.