Устройство для определения многомерной плотности распределения случайных процессов Советский патент 1990 года по МПК G06E3/00 G06G7/52 

i

(Л

Изобретение относится к оптической вычислительной технике и может быть использовано при совместном анализе нескольких (до четырех) случайных процессов. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет оценки четырехмерных плотностей распределения. Цель достигается за счет регистрации суммы восстановленных голограмм, которые были записаны при использовании двух двухкоординатных дефлекторов, управляемых исследуемыми сигналами. 2 ил.

Изобретение относится к оптической вычислительной технике и может быть использовано при совместном анализе нескольких (до четырех) случайных процессов.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей,

На фиг,1 представлена структурная схема устройства; на фиг, 2 - схема формирования трехмерной плотности распределения.

Устройство содержит размещенные последовательно на оптической оси лазер 1, первый оптический затвор 2, оптическую линию задержки, первое полупрозрачное зеркало 4., второй оптический затвор 2j,, первое зеркало 5, первый объектив 6, первую диафрагму 7 , полупрозрачный экран В и размещенные последовательно на дополнительной оптической оси за зер- калом 4, ослабитель 9, второе полупрозрачное зеркало 5, второй объектив 6, вторую диафрагму 7,, дискретный двухкоординатный дефлектор 10 и фоторегистратор 11, а также размещенные последовательно на дополнительной оптической оси за зеркалом 42 третий оптический затвор 2, третье 4з и четвертое 4 зеркала, двухкоординатный дефлектор 12, оптически связанный с экраном 8. Электронная часть устройства содержит матрицу 13, состоящую из п фотоэлементов, первый 14 и второй )3 ц-раз- рядные счетчики, З-разрядный счетчик 16, элемент ИЛИ 17, первая и вторая группа элементов ИЛИ 18 и 19, состоящих из q элементов в каждой группе, четыре блока выборки-хранения 20 - 23, первый 24 и второй 25 ключи, (п+1) инверторов 26 - 26f,, , (п+2) преобразователей аналог - код 27 - 27)) + , коммутатор 28, m групп

О5 О

сд

N

о

регистров 29 - 29m, состоящих из п регистров 30( - 30 в каждой группе и тактовый генератор 31.

Устройство работает следующим об- разом.

Режим записи. На вход выбора режима работы подается постоянный сигнал, открывающий ключ 25 и через инвертор 26 закрывающий ключ 24. На |входы блоков 20 - 23 поступают реализации случайных процессов, совместную плотность распределения которых необходимо определить. При поступле- JHHH на пусковой вход генератора 31 пускового импульса он начинает генерировать тактовые импульсы. Каждый из них через открытый ключ 25 открывает затворы 24 2j и обеспечивает прохождение световых импульсов,запи- сывает очередной номер в счетчик 16, который перед началом работы находится в нулевом состоянии, открывает входы блоков 20 - 23, в которые записываются и запоминаются до следующе- го импульса мгновенные значения поступающих случайных процессов, дает команду на преобразование мгновенных значений процессов с выходов блоков 20-23 в коды.

Световой импульс после задержки, необходимой, чтобы заверщились переходные процессы в блоках 20-23, 27, 27nt, поступает через зеркало А,, ослабитель 9, зеркало 5д, объектив б диафрагму 7 на дефлектор 0 и осуществляет подсветку регистратора 11 опорным пучком света, наклон которого определяется мгновенными значениями случайных процессов на выходах блоков 20 и 21. Одновременно этот же световой импульс через зеркало 4, затвор 2, зеркало объектив 6, и диафрагму 1 осуществляет когерентную подсветку экрана 8, на котором есть святящаяся точка, координаты которой определяются мгновенными значениями случайных процессов на выходах блоков 22 и 23. Диафрагмы 7 и 7ji служа для обеспечения высокого качества экспозиции. Световая точка формируется тем же световым импульсо йрощедщим через зеркало 4(, ослаби- гепь 9, зеркало 5 5, затвор 2, зеркала 5 и 54 и дефлектор 12.

Таким образом, по мере поступлени световых импульсов и отсчетов случайных процессов на регистраторе 11 осуществляется многократная экспозиция

экрана 8 при переменном наклонё опорного пучка света от дефлектора 10 и различном положении светящейся точки, т.е. осуществляется некогерентное наложение изображений.

После генерации генератором 31 импульса сигнал с выхода переполнения счетчика 16 останавливает генератор и процесс формирования плотности вероятности прекращается. При этом счетчик 16 переходит в нулевое состояние.

Если обозначить координатные оси четырехмерного пространства через X,Y,Z,T и поставить в соответствие пространству плоскость экрана 8, а пространству {z,T| - множество углов отклонений опорного пучка, то оценка четырехмерной плотности вероятности для какой либо точки Х, Yj, ZK, Т может быть определена по соотношению

W

. , - S

t.jik.t LUX4Y U ZAT

где n - количество точек на элементарной площадке экрана 8 Х;, Х; 4 ЛхЗх C.Y +;iY при одном из положений опорного пучка, определяемого значениями Z и Т, UZ, UT - шаг дискретизации, обеспечиваемый, соответственно, преобразователями 27., и 27 1г|ц.2,

L - нормирующее значение; S - разрядность счетчика 16. Выбор щага дискретизации углов наклона опорного пучка света U Z,iT , задаваемых преобразователями аналог - код, осуществляется исходя из условия разрешения двух соседних изображений.

Режим считывания. В режиме считывания на входе выбора режима работы сигнал отсутствует. Пусковой импульс запускает генератор 31, импульсы с выхода которого через открытый ключ 24 поступают на вход счетчика 15,на тактовые входы преобразователей 27 4 - 27 j и коммутатора 28.

Кроме того, импульсы с генератора 31 поступают на затвор 2, обеспечивая формирование световых импульсов в канале, состоящем из линии 3 задержки, зеркала 4, ослабителя 9, зеркала 5 объектива 62 диафрагмы 7, дефлектора 10 и регистратора 11.

Коды с выходов счетчиков 14 и 15 через первую и вторую группы элементов ИЛИ 18 и 19, соответственно,поступают на информационные входы дефлектора 10. Тем самым формируются все возможные угловые положения луча подсветки регистратора 11, Для каждого углового положения луча в плоскости матрицы 13 формируется негативное изображение экрана 8. Рабочую площад одного фотоэлемента можно рассматривать как элементарную площадку в плоскости Гх,у|. Сигнал на выходе каждого фотоэлемента будет обратно пропорционален количеству точек засветки, попавших на данную элементарную площадку при данном угловом положении луча на выходе дефлектора 10, Сигнал с выхода каждого фотоэлемента через п инверторов, 26 - 26 поступает на входы преобразователей 27 - 27, Далее коды, пропорциональные количеству точек засветки на каждой элементарной площадке, т„е. пропорциональное оценке плотности распределения, записываются в регистры соответствующей группы 29т, поочередно подключаемые коммутатором 28. Режим считывания завершается после переполнения сче.тчика 1А и поступления импульса через элемент ИЛИ 17 на вход останова генератора 31.

Таким образом, значения оценок четырехмерной плотности распределения записаны в регистрах групп 29 - 29,„.

Так, например, рассмотрим работу устройства при определении трехмерной плотности распределения. Пусть случайные процес сы поступают на входы блоко в 20,21,22, а на вход блока 23 подается некоторое постоянное напряжение, обеспечивающее фиксированное положение опорного пучка по одной угловой координате.

Предположим, что количество дискретных уровней, обеспечиваемых преобразователем . равно 4, разрядность счетчика 16-6, а в процессе определения плотности вероят- ности были зафиксированы на регистраторе 11 для каждого из положений опорного пучка, представленные на фиг,2а,б,в,г. Каждуюиз фиксированных голограмм можно считать, освещая регистратор опорным пучком, развернутым на соответствующий угол.

5

0

0

5

Формула изобретения

Устройство для определения многомерной плотности распределения случайных процессов, содержащее размещенные последовательно на оптической оси лазер, первое полупрозрачное зеркало, первое зеркало, первый объектив, первую диафрагму и размещенные последовательно на дополнительной оптической оси за первым .полупрозрачным зеркалом ослабитель,второе зеркало,второй объектив, вторую 5 диафрагму и фоторегистратор, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет оценки четырехмерных плотностей распределения, в него введены третье и четвертое зеркала, три оптических затвора, дискретный двухкоординатный дефлектор, двухкоор- динатный дефлектор, полупрозрачный экран, оптическая линия задержки,матрица, состоящая из п фотоэлементов, первый и второй q-paspядныe счетчики (q - число позиций развертки дискретного дефлектора), S-разрядный счетчик (2 - число импульсов тактового генератора в цикле измерения), элемент ИЛИ, первая и вторая группы элементов ИЛИ, состоящих из q элементов в каяадой группе, четыре блока выборки-хранения, первый и второй ключи, п+1 инверторов, п+2 преобразователей аналог - код, коммутатор, m групп регистров (т 2), состоящих из п регистров в каждой группе, и тактовый генератор, второе зеркало выполнено полупрозрачным, первый оптический затвор и оптическая линия задержки размещены последовательно на оптической оси перед первым полупрозрачным зеркалом, третий оптичес- 5 кий затвор размещен за вторым зеркалом, двухкоординатный дефлекуор,оптический вход которого оптически свя- зан через четвертое и третье зеркала с выходом третьего оптического 0 затвора, размещен между четвертым зеркалом и полупрозрачным экраном, который также оптически связан с первой диафрагмой и фоторегистратором, вход которого через дискретньй двухкоординатный дефлектор оптически связан с второй диафрагмой, а выход оптически связан с фотоэлементами матрицы, при этом выход тактового генератора соединен с электричес0

5

Q

КИМ входом первого оптического затвора и информационными входами обоих ключей, причем управляющий вход первого ключа соединен с входами питания каждого фотоэлемента матрицы и через первый инвертор с управляющим входом второго ключа, который является входом выбора режима, выход первого, ключа связан со счетным входом второго q-разрядного счетчика,управляющим входом коммутатора и тактовыми входами п преобразователей аналог - код, информационные входы которых через п инверторов соединень с выходами соответствующих фотоэлементов матрицы, а выходы - с информационными входами коммутаторов, выходе, которого связаны с информационными входами m групп регистров по п регист ров в каждой группе, выход второго ключа связан с электрическими входами второго и третьего оптических затворов, тактовыми входами (п+) и (п+2)-го преобразователей аналог - код, входами записи-считывания блоков выборки-хранения и счетным входом S-разрядного счетчика, выход перепол2; J- 2

Tl rbTT-v .g

нения которого через элемент ИЛИ связан с входом останова тактового генератора, второй вход элемента ИЛИ связан с выходом переполнения первого q-разрядного счетчика, счетный вход которого связан с выходом переполнения второго q-разрядного счетчика, выход первого и второго q-раз- рядных счетчиков связаны с первыми входами элементов ИЛИ соответственно первой и второй групп, выходы которых связаны с соответствующими информа- 1ЩОННЫМИ входами дискретного двухко- ординатного дефлектора, вторые входы элементов ИЛИ первой и второй групп связаны с выходами соответственно (п+1) и (п+1)-го преобразователей аналог - код, входы которых связаны с выходами соответственно первого и второго блоков выборки- хранения, выходы третьего и четвертого блоков выборки-хранения связаны с информационными входами двухкоорди- натного дефлектора, а информационные входы блоков выборки-хранения являются информационными входами устройства.

v5:

Фиг.1

Y

Фиг.2