Способ пространственного дифференцирования изображений и репродукционная система для пространственного дифференцирования изображений Советский патент 1991 года по МПК G02B27/46 G06E3/00 

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано в когерентных оптических процессорах при обработке изображений методом оконтуривания его фрагментов, т.е. при выполнении операции пространственного дифференцирования;

Целью изобретения является повышение качества пространственного дифференцирования изображения и повышение

информационной емкости дифференцированного изображения.

Осуществляется пространственно-частотная фильтрация исходного изображения по закону

. TW-af f- 0)

где т(ip)-коэффициент пропускания пространственных частот по интенсивности;

Vp3/Ј + tЈ пространственная частота в полярной системе координатО а,/ , у 1- постоянные коэффициенты.

Особенностью репродукционной системы для пространственного дифференцирования изображений является использование для пространственно-частотной фильтрации вида (1) плосковыпуклой линзы, выполненной из цветного оптического стекла, причем радиус выпуклой поверхности определяется из соотношения

R. KA(fU)2

(2)

„. 3rie IgX где КА- показатель поглощения стекла линзы;

fi - фо.кусное расстояние первого компонента;

Я- рабочая длина волны;

2г0б -.диаметр характерного (круглого) элемента дифференцируемого изображения;

X - отношение коэффициенте пропускания первого и нулевого максимумов пространственно-частотного спектра характерного (круглого) элемента дифференцируемого изображения.

Положительный эффект от использования предлагаемого способа заключается в повышении качества дифференцирования изображения за счет устранения двоения контура и частичного сохранения в обработанном изображении нулевой пространственной частоты, что позволяет распознавать и идентифицировать характерные объекты на поле реставрированного изображения т е. в повышении информационной емкости дифференцированного изображения.

Положительный эффект от использования предлагаемого устройства обусловлен выполнением вторым фурье-преобразую- щим элементом репродукционной системы фукнций дифференцирующего пространственно-частотного фильтра.

На фиг. 1 изображена репродукционная система, реализующая предлагаемый способ пространственного дифференцирования изображений; на ф г,2 - входной сигнал - характерный элемент изображения и результаты его пространственного дифференцирования линейным квадратичным пространственно-частотными фильтрами и положительной поглощающей линзой репродукционной системы.

Репродукционная система для пространственного дифференцирования изображений содержит первый компонент из двух плосковыпуклых линз 1 и 2, обращенных выпуклостями одна к другой, афокальный компенсатор, состоящий из вогнуто-плоской линзы 3, установленной перед лпгртурной

диафрагмой 4 всей системы, и положительной линзы, склеенной из плосковыпуклой линзы 5, выполненной из цветного оптического стекла, и отрицательного мениска 6.

Склеенная линза афокального компенсатора установлена непосредственно позади диафрагмы 4. Второй компонент симметричен первому относительно диафрагмы 4 и выполнен из плосковыпуклых линз 7 и 8.

0 Вблизи плоскости изображения, формируемого системой, установлена коррекционная вогнуто-плоская линза 9. Апертурная диафрагма 10 первого компонента расположена в его передней фокальной плоскости и являет5 ся входным люком репродукционной системы. Апертурная диафрагмй А всей системы расположена в совмещенных фокальных плоскостях первого и второго компонентов. Вторая поверхность линзы 1 концентрична центру

0 диафрагмы 10, а первая поверхность линзы 2 апланатична заднему фокусу линзы 1.

Способ пространственного дифференцирования изображений осуществляется следующим образом

5Исходный транспарант, помещенный1 в

плоскости входного люка 10, освещается когерентной однородной плоской волной. В результате дифракции света на транспаранте и преобразования Фурье, осуществляе0 мого первым (силовым) компонентом (линзы 1 и 2), в его задней фокальной плоскости (за коррекционной вогнуто-плоской линзой 3 в плоскости апертурной диафрагмы 4) сформируется фурье-спектр транспаранта

5U i(vx.tv)-UoF{t (Ј,/)}(3)

где F - символ преобразования Фурье; Uo - амплитуда освещающей волны; t(Ј , ty)--амплитудный коэффициент пропускания транспаранта

0 Можно показать что коэффициент пропускания по интенсивности плосковыпуклой по- глощающей линзы 5, расположенной непосредственно за апертурной диафрагмой 4, имеет вид (1), причем коэффициенты

5 а, / , у могут быть получены из соотношений

а ); ft , у (fi A/R )2, (4) где d -толщина линзы 5 вдоль оси.

Таким образом, в результате второго пре- п образования Фурье, осуществляемого вто- рым (силовым) компонентом (линзы 7 и 8) репродукционной системы, в его задней фокальной плоскости Зс. коррекционной линзой Р 9 сформируется обработанное (продиффе- ренцировэнное) изображение исходного транспаранта, причем комплексная амплитуда поля имеет вид

U2(Ј , J F{Ut(vx , Vy) Vy()}. (5)

Работа предлагаемой осесимметричной репродукционной системы моделируется для случая дифференцирования осесимметрич- ного ступенчатого объекта единичного контраста, амплитудный коэффициент про- пускания которого можно представить в полярных .оординатах входной плоскости

(

tn(r)

1„,

гоб

Результаты оконтуривания пробного объекта (фиг.2а) диаметром ,4 мм линейным, квадратичным фильтрами и положи- тельной линзой репродукционной системы (показатель поглощения стекла СС8 линзы KjY 1.36, радиус кривизны выпуклой поверхности линзы мм, толщина линзы вдоль оси мм, фокусное расстояние первсго компонента мм, рабочая длина волны А 590 нм) представлены соответственно на фиг.2б-г в полярных координатах выходной плоскости г-- . По вертикальной оси отложена относительная ин-

ТеНСИВНОСТЬ 1отн Лмакс.

Сравнение графиков показывает, что репродукционная система, реализующая предлагаемый способ, дает более четкий контур тест-объекта при сохранении информа- ции о его местоположении (внутренняя область тест-объекта имеет отличную от нуля интенсивность, что позволяет распознать и идентифицировать оконтуренный объект, при этом незначительно увеличивается интен- сивность фона).

Изобретение может быть эффективно использовано также и при инверсной фильтрации для восстановления искаженных изображений. Выполнение операции диффе- ренцирования изображения репродукционной системой позволяет также расширить функциональные возможности способа и устройства за счет возможности осуществления дополнительных видов пространственно-час- тотной фильтрации путем установки в плоскость апертурной диафрагмы 4 соответствующих дополнительных оптических фильтров. Кроме того, предлагаемая репродукционная система обладает более высоким отношением сиг- нал/шум из-за отсутствия дифференцирующего фильтра, проще юстируется и дешевле в изготовлении за счет того, что плоско-выпуклая линза 5 из цветного стекла выполняет двоякую функцию: коррекция аберраций в составе афокального компенсатора (линзы 3,5 и 6). а также дифференцирование изображения за счет переменного по пространственной частоте поглощения.

5 10

15. - 25

Формула и j о Ь Р i г- н и я

1 Способ прог.транс.гврнмпш цирования изображений, ркпюччющийформи когерентной ОСВПЦЧЮЩРИ илогти волны, освещение этой волком транспарант;) первое оптическое преобра зование Фурье над волной, промодулированнои транспарантом поостранственно-часготную фильтрацию второе оптическое преобразование Фурье в результате которого формируют perгэври резанное изображение транспаранта о т л и чающийся тем. что г целью повышения кз «ства простоачсгвенно о ди Ференц pj; ;чия изображения и повышения ичфор м ционной емкости дифференциропанчого vзебрахения, пространственно-частогная Ф1, ьтрация осуществляется по закону

1-у(

r(vp)afl ( vp ) коэффициент пропускания про- етр.,чственных частот по интенсивное.ги

vp пространственная частота,

О а , /3 , } 1 - постоянные коэффициенты.

2. Репродукционная система для пространственного дифференциропанмч изображений, содержащая дв,а компоче та расположенных симметрично относительно апертурной диафрагмы установленной о задней фокальной плоскости первого компонента, совмещенной с передней фокальной плоскостью второго компонента, каждый из которых выполнен из двух одинаковых обращенных выпуклостями друг к другу плосковыпуклых линз, при этом в первом компоненте выпуклая поверхность первой линзы выполнена концентричной центру апертурной диафрагмы первого компонента, которая расположена в его передней фокальной плоскости, а выпуклая поверхность второй линзы выполнена эпланатичной заднему фокусу первой линзы, вогнуто-плоскую линзу, установленную за вторым компонентом, афокальньа, компенсатор, установленный между первые и вторым компонентами и состоящий из вогнуто-плоской линзы и отрицательного мениска, причем вогнуто-плоская линза компенсатора расположена перед апертурной диафрагмой всей системы, а положительная склеенная линза - непосредственно за ней, отличающач- с я тем, что, с целью повышения качества пространственного дифференцирования изображения и повышения информационной емкости дифференцированного изображения, плосковыпуклая линза склеенной положительной линзы афокального компенсатора выполнена из цветного оптического стекла, причем радиус кривизны выпуклой поверхности плосковыпуклой линзы определяется из соотношения

R

KA(fU)2

. 3ri6 IgX где КА- показатель поглощения стекла линзы;

fi - фокусное расстояние первого компонента;

Л- рабочая длина волны;

2гоб - диаметр дифференцируемого изображения;

X - отношение коэффйциейтов пропускания первого и нулевого максимумов пространственно-частотного спектра дифференцируемого изображения.

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано в когерентных оптических процессорах при обработке изображения методом оконтуривания его фрагментов, т.е. при выполнении операции пространственного дифференцирования. Цель изобретения - повышение качества пространственного дифференцирования изобра- жения и повышение информационной емкости дифференцированного изображения Цель достигается тем, «то осуществляется пространственно-частотная фильтра ция исходного изображения по закону J-.-, . где T(VO) rfip a/T -JW коэффициент пропускания пространствен ных частот по интенсивности - vi х + I y. пространственная частота в полярной системе координат; 0 а , /3 , у 1 - постоянные коэффициенты. Особенностью репродукционной системы для пространственного дифференцирования изображений является использование для пространственно-частотной фильтрации плосковыпуклой линзы, выполненной из цветного оптического стекла, причем радиус выпуклой поверхности определяется из соотношения (fi -А)2/Зг0б IgX, где К Я- показатель поглощения стекла линзы; f i - фокусное расстояние первого компонента; А- рабочая длина волны; 2Гоб диаметр характерного (круглого) элемента дифференцируемого изображения; X - отношение коэффициентов пропускания первого и нулевого максимумов пространственно-частотного спектра характерного (круглого) элемента дифференцируемого изображения. 2 с.п. ф-лы. 2 ил. fe О со о о

/ г

I

s б 76

.Ч

I

0

Uf

6

0.1 0,25

г,мм

0.2 a 25 г, мм

Фиг. I