Устройство для оптической обработки изображений Советский патент 1991 года по МПК G06E3/00 G06T11/00 

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано для обработки изображений, в частности для выполнения операц- й оконтуривания, пространственно-частотной фильтрации, спектрального анализа и корреляции изображений.

Целью изобретения является повышение разрешающей способности в спектре пространственных частот и в выходном изображении.

На фиг.1 приведена функциональная оптическая схема предлагаемого устройства для оптической обработки изображенийJ на фиг.2 - схема расположения оптического клина с зеркальной гранью внутри слоя жидкого кристалла пространственного модулятора света (ПМС), используемого в качестве отражающего пространственно- частотного фильтра; на фиг.З,- схема формирования оптического клина внутри слоя жидкого кристалла ПМС, используемого в качестве отражающего пространственно-частотного фильтра, за счет локальной модуляции показателя преломления жидкого кристалла по линейному закону,

I

Устройство для оптической обработки изображений содержит (фиг. 1) когерентную осветительную систему 1, состоящую из лазера с микрообъективом 2S микродиафрагмы 3, линзы 4, компенсатор сферической аберрации зеркала в виде афокального двухлин- зового элемента 5 и двухсклеенного объектива 6, зеркальную оптическую систему, состоящую из зеркала 7 со сферической отражающей поверхностью пространственно-частотного фильтра со сферической отражающей поверхностью на основе ПМС 8 и визуализирующего элемента в виде оптического клна 9 с наклоненной к оптической оси ПМС 8 зеркальной гранью, входной отражательный ПМС 10 с блоком 11 записи входного изображения, выходной регистратор 12 изображения, блок 13 переменного напряжения питания, элетронно-лучевую трубку (ЭЛТ) 14 со сферической волоконно-оптической пластиной на выходе, микроЭВМ 15, блок ОЗУ 16 для хранения двумерных пространственно-частотных спектров, блок 17 сопряжения цифровой памяти с ЭЛТ.

5

0

5

0

5

0

5

0

5

Конструкция пространственно-частотного фильтра содержит (фиг. 2) многослойную структуру, состоящую из слоев токопроводящего зеркала 18, фотополупроводника 19, диэлектрического зеркала 20, жидкого кристалла 21 и прозрачного электрода 22, стеклянную подложку 23 со сферическими поверхностями и волоконнооптическую пластину 24 со сферической внешней поверхностью.

Устройство для оптической обработки изображейий работает следующим образом.

С помощью проекционного объектива блока 11 записи на фоточувствительной поверхности входного отражательного ПМС 10 формируется входное изображение объекта, при подаче переменного напряжения на электроды которого от блока 13 питания осуществляется модуляция показателя преломления жидкого кристалла.

Пучок света от лазера когерентной осветительной системы 1 фокусируется микрообъективом, проходит через микродиафрагму 3 и попадает на осветительный объектив, состоящий из линзы 4, афокального элемента 5 и двухсклеенного компонента 6, который осуществляет фокусировку лазерного излучения в пятно малого размера на поверхности зеркальной грани оптического клина 9,

Такая схема осветительного объектива выбрана с целью коррекции осевых и полевых аббераций зеркальной оптической системы и формирования на зеркальной поверхности оптического - клина 9 эквивалентного точечного источника лазерного излучения. Сходящийся пучок света (сходящаяся сферическая волна) отражается от зеркальной грани оптического клина 9, преобразуется им в расходящийся пучок света (расходящуюся сферическую волну) . Поскольку зеркальная грань оптического клина 9 расположена в фокальной плоскости сферического зеркала 7, то этот расходящийся пучок света с помощью сферического зеркала 7 преобразуется в параллельный считывающий пучок света (плоскую волну)„ освещающий по нормали входной отражательный ПМС 10, на электроды которого подается переменное напряжение от блока 13 питания.

Отраженная от диэлектрического зеркала ПМС 10 часть считывающего

пучка света приобретает фазово-поля- ризационную модуляцию света и, распространяясь в обратном направлении по нормали к входному отражательному ПМС 10, падает опять на сферическое зеркало 7, в фокальной плоскости которого формируется пространственно- частотный спектр входного изображения на сферической поверхности, верхняя точка которой совпадает с фокусом сферического зеркала 7. В связи с этим поверхность диэлектрического зеркала ПМС 8, используемого в качестве отражающего пространственно- частотного фильтра (фазового фильтра) , также выполняется сферической, причем радиус кривизны диэлектрического зеркала вдвое меньше радиуса кривизны сферического зеркала 7 (фиг. 1, R{ 2 RЈ, а их центры кривизны С, и СЈ совпадают.

Выбор такой схемы зеркальной оптической системы в сочетании с установкой входного отражательного ПМС 1 и выходного регистратора 12 изображения в плоскости, проходящей через центры кривизны С, и Cg, и перпендикулярной оптической оси системы 1, а также выбор специально скоррегиро- ванного осветительного объектива, состоящего из линзы 4, афокального элемента 5 и двухсклеенного объектива 6, обеспечивают минимизацию аберраций всей зеркальной оптической системы как в пространственно-частотном спектре, так и в выходном изображении. При этом в фокальной плоскости сферического зеркала 7, с котором совпадает вершина сферической поверхности пространственно- частотного спектра входного изображения, установлен оптический клин 9 с наклонной зеркальной гранью, выполняющий одновременно две функции: визуализацию по методу темного поля фазовой модуляции во входном отражательном ПМС в амплитудную модуляцию в выходном изображении и амплитудную фильтрацию низких пространственных частот в спектре входного изображения, приводящую к оконтури- ванию крупных деталей в выходном изображении.

В результате пучок света отражается от сферического диэлектрического зеркала ПМС 8, на электроды которого подается переменное напряжение питания от блока 13, проходит че0

рез слой жидкого кристалла с распределением показателя преломления, соответствующим распределению интенсивности света на фотополупроводни- I ке, сформированным с помощью ЭЛТ 14, модулируется в нем по фазе, фильтруется по низким пространственным частотам в оптическом клине 9 и попадает на другую половину сферического зеркала 7, которое и формирует выходное отфильтрованное изображение в плоскости регистратора 12.

С целью оперативной (в реальном

5 времени) смены функции коэффициента пропускания фазового пространственно-частотного фильтра (ПМС 8), многослойная структура такого ПМС собирается на сферической поверхности

0 волоконно-оптической пластины ЭЛТ 14, При этом по командам из микроЭВМ 15 из Опока 16 оперативной памяти (ОЗУ) производится выдача в цифровых кодах соответствующего номера пространст5 венно-частотного фильтра, функция пропускания которого через блок 17 сопряжения, содержащий цифроаналого- вый преобразователь, видеоусилитель и блоки развертки-синхронизации,

0 преобразуется в видеосигнал подаваемый на модулятор ЭЛТ 14.

Сформированное электронным лучом изображение пространственно-частотного фильтра (спектра) визуализируется на слое люминофора, излучение которого засвечивает слой фотопровод- ника отражательного ПМС 8, в результате чего происходит модуляция слоя жидкого кристалла.

При этом, как видно из фиг. 1 и 2, тангенс двойного угла наклона зеркальной грани оптического клина 9 равен отношению расстояния D между центром входного отражательного ПМС 11 и оптической осью сферического зеркала 7 к его фокусному расстоянию f;oo, т.е. tg 2(С .

Кроме того, с целью упрощения конструкции отражательного ПМС 3 с ус0 тановленным внутри него оптическим клином 9 с зеркальной гранью, сам оптический клин можно сформировать внутри слоя жидкого кристалла 21 (фиг. 3) путем записи электронным

5 лучом ЭЛТ на люминофоре сигнала, интенсивность света которого изменяется по координате -у по линейному закону. При этом на жидкий кристалл 21 с толщиной слоя действует линей5

0

5

to изменяющееся электрическое поле («) приводящее к формированию в слое жидкого кристалла 21 эквивалентного оьтического клина 9 размером UUB I/, i имеющего показатели прелому КВ. К-Л

Ления пе и п0 и угол при вершине Клина КЛ . Тогда световой луч ла- Зера, падающий по нормали к стеклянной подложке 23, претерпевает откло- ение.

формула изобретения

«

Устройство для оптической обработки изображений, содержащее зерцало, входной отражательный простран- твенный модулятор света с блоком Цписи входного изображения и выход- йой регистратор изображения, рас- роложенные симметрично относительно Оптической оси зеркала, когерентную оптическую систему, в задней фокаль- Иой плоскости зеркала соосно оптической оси расположен пространственно-частотный фильтр с отражающей поверхностью, визуализирующий элемент которого расположен в фокусе когерентной осветительной системы, о т- пичающееся тем, что, с целью повышения разрешающей способности в спектре пространственных час I

5

тот и в выходном изображении, когерентная осветительная система расположена на одной оптической оси с зеркалом и пространственно-частотным фильтром, отражающие поверхности которых выполнены сферическими, входной отражательный пространственный модулятор света с блоком записи входного изображения и выходной регистратор изображения смещены вдоль оптической оси от зеркала на его двойное фокусное расстояние, радиус кривизны отражающей поверхности пространственно-частотного фильтра в два раза меньше радиуса кривизны отражающей поверхности зеркала, а пространственно-частотный фильтр выполнен в виде пространственного модулятора света с визуализирующим элементом в виде оптического клина с наклоненной к оптической оси пространственно-частотного фильтра зеркальной гранью, а в когерентную осветительную систему введен компенсатор сферической аберрации зеркала в виде афокального двухлинзово- го элемента, оптическая ось которо- , го совпадает с оптической осью вход0 ного отражательного пространственного модулятора света с блоком за- , писи входного изображения.

0

5

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано для обработки изображений, в частности для выполнения операций оконтуривания, пространственно-частотной фильтрации, спектрального анализа и корреляции изображений. Цель изобретения - повышение разрешающей способности в спектре пространственных частот и в выходном изображении. Устройство содержит когерентную осветительную систему 1, входной отражательный пространственный модулятор 10 света с блоком 11 записи входного изображения, выходной регистратор 12 изображения, пространственно-частотный фильтр 8 и зеркало 7 с отражающими сферическими поверхностями. Система 1 содержит компенсатор сферической аберрации зеркала 7 в виде афокального двухлинзового элемента 5. Фильтр 8 содержит визуализирующий элемент в виде оптического клина 9 с наклонной к оптической оси фильтра 8 зеркальной гранью. Клин 9 может быть сформирован внутри слоя жидкого кристалла с помощью электронно-лучевой трубки 14. 3 ил.

Выходной (отклоненный) луч/ лазера

Фиг.2

20

Зпюрц Пук&кл

9 21 22 23

I I /

Выходной лазера.

Входной луц лазера

Фиг.З