ГОЛОГРАФИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ВЫДЕЛЕНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЙ НЕИЗВЕСТНЫХ ОБЪЕКТОВ ИЗ ИЗВЕСТНОГО МЕШАЮЩЕГО ФОНА Советский патент 1995 года по МПК G03H1/16 G06K9/76 

Изобретение относится к устройствам когерентной оптической обработки информации и голографии и может быть использовано для выделения изображения произвольного неизвестного объекта на известном мешающем фоне для выявления изменений в сложном изображении, например, в целях разведки ранее отсутствовавших, а в том числе замаскированных объектов. Оно может быть использовано в дешифровочных комплексах для выделения объектов, подлежащих дальнейшему дешифрованию.

Известно голографическое устройство обнаружения известных объектов на произвольном мешающем фоне, содержащее источник когерентного излучения, узел формирования параллельно пучка света, транспарант с записью объекта и фона, первый Фурье-преобразующий элемент, голографический согласованный с объектом фильтр, второй Фурье-преобразующий элемент (1).

Голографический согласованный фильтр представляет собой Фурье-голограмму известного объекта. Устройство по максимуму сигнала корреляции обнаруживает известный объект на произвольном мешающем фоне, однако оно неприменимо, если объект заранее не известен.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является устройство для выделения изображений на известном мешающем фоне (2), содержащее последовательно установленные на общей оптической оси источник когерентного излучения, узел формирования параллельного пучка света, транспарант с записью изображения выделяемого объекта и мешающего фона, первый Фурье-преобразующий элемент, согласованный с мешающим фоном фильтр, второй Фурье-преобразующий элемент, амплитудный режекторный фильтр, третий Фурье-преобразующий элемент, голографический корректирующий фильтр четвертый Фурье-преобразующий элемент. При освещении трансплантата с записью изобpажения выделяемого объекта и мешающего фона когерентным светом в задней фокальной плоскости второго Фурье-преобразующего элемента фильтр, согласованный с фоном, формирует распределение яркостей, соответствующие функции автокорреляции фона (яркий корреляционный пик) и кросс-корреляции фона и изображения выделяемого объекта. Амплитудный режекторный фильтр не пропускает автокорреляционный пик, в котором сосредоточена основная часть информации о мешающем фоне, и пропускает остальное корреляционное поле, содержащее информацию и выделяемом изображении. Третий Фурье-преобразующий элемент преобразует данное корреляционное поле в пространственно-частотный спектр изображения объекта, искаженный согласованным фильтром. Голографический корректирующий фильтр, идентичный согласованному, компенсирует эти искажения, а четвертый Фурье-преобразующий элемент восстанавливает изображение выделенного объекта. Данное устройство позволяет выделять изображения любых, в том числе неизвестных, объектов с пространственно-частотным спектром, перекрывающимся со спектром известного мешающего фона, и тем самым, автоматизировать разведку и облегчить дешифрование неизвестных замаскированных объектов.

Однако, дифракционная эффективность согласованного фильтра, изготовляемого обычно голографическим способом, и голографического корректирующего фильтра, идентичного согласованному, убывает с ростом пространственной частоты соответственно со спадом интенсивности пространственно-частотного спектра мешающего фона. Это приводит к значительному искажению пространственно-частотного спектра выделенного изображения объекта - уменьшению доли наиболее информативных в общем случае высокочастотных составляющих, т. е. к ухудшению качества изображения, уменьшению его информативности.

Аберрации, присущие каждому оптическому элементу устройства, приводят также к ухудшению качества изображения выделенного объекта. В процессе изготовления голографического корректирующего фильтра его передаточная характеристика неизбежно получается отличной от передаточной характеристики согласованного фильтра, что также ведет к ухудшению качества изображения выделенного объекта.

Цель изобретения - увеличение достоверности выделения.

Цель достигается тем, что вместо третьего Фурь-преобразующего элемента, голографического корректирующего фильтра и четвертого Фурье-преобразующего элемента за амплитудным режекторным фильтром установлена регистрирующая среда для записи голограммы, а также устройства формирования опорного и считывающего пучков, вплотную к согласованному фильтру установлен корректирующий амплитудный фильтр.

Для работы в реальном времени транспарант и регистрирующая среда для записи голограммы выполнены в виде пространственно-временного модулятора света, а между транспарантом и первым Фурье-преобразующим элементом установлен светоделитель.

На чертеже изображена принципиальная схема предлагаемого устройства.

На общей оптической оси последовательно расположены источник когерентного излучения 1, узел формирования параллельного пучка света 2, транспарант с записью изображения выделяемого объекта и мешающего фона 3, первый Фурье-преобразующий элемент 4, амплитудный корректирующий фильтр 5, согласованный с мешающим известным фоном фильтр 6, второй Фурье-преобразующий элемент 7, амплитудный режекторный фильтр 8 и регистрирующая среда для записи голограммы 9. Вне оси установлены устройства для формирования опорного 10 и считывающего 11 пучка. Они могут быть выполнены, например, в виде узла формирования параллельного пучка света и системы зеркал. При работе в реальном времени между транспарантом с записью изображения выделяемого изображения и мешающего фона 3 и первым Фурье-преобразующим элементом 4 установлен светоделитель 12.

Транспарант с записью изображения выделяемого объекта и известного мешающего фона 3 освещается плоской волной когерентного света из узла формирования параллельного пучка света 2. В задней фокальной плоскости первого Фурье-преобразующего элемента 4, в которой расположен согласованный с фоном фильтр 6, формируется пространственно-частотный спектр выделяемого объекта и мешающего фона. Корректирующий амплитудный фильтр 5 выравнивает распределение амплитуд в пространственно-частотном спектре изображения выделяемого объекта, если он расположен перед согласованным фильтром 6, или в дифрагированном пучке, если расположен после согласованного фильтра 6 так, чтобы компенсировать изменение дифракционной эффективности согласованного фильтра по пространственным частотам. Это изменение дифракционной эффективности обусловлено видом пространственно-частотного спектра мешающего фона, с которым согласован фильтр 6. Второй Фурье-преобразующий элемент 7 формирует в своей фокальной плоскости распределение амплитуд, соответствующих функции авторреляции мешающего фона и кросс-корреляции фона и изображения выделяемого объекта. Применение амплитудного корректирующего фильтра 5 приводит к искажению авто-и кросс-корреляционных распределений. В общем случае автокорреляционный пик становится уже из-за усиления высокочастотных составляющих, что облегчает задачу его режекции, решаемую амплитудным режекторным фильтром 8, пропускающим составляющие корреляционного поля, соответствующие кросс- корреляции выделяемого изображения и фона и отрезающим составляющие, соответствующие автокорреляции фона "пик". Прошедшее амплитудный режекторный фильтр 8 кросс-корреляционное распределение записывается с помощью узла формирования опорного пучка 10 в виде голограммы на регистрирующей среде для записи голограммы 9. При освещении обработанной голограммы 9 считывающим пучком, сформированным устройством формирования пучка 11, восстановленный пучок идентичен сигнальному, использованному для записи голограммы, но распространяется в противоположную сторону. Каждая компонента пучка когерентного света, несущая информацию о выделяемом объекте, проходит всю оптическую систему дважды по одному и тому же пути. Первый раз на стадии записи голограммы 9, второй - на стадии ее восстановления, но уже в обратном направлении. Аберрации, вносимые элементами оптической системы, представляют собой искривления волнового фронта, которые компенсируются за счет двухкратного прохождения света по одному и тому же пути в противоположных направлениях. При дифракции восстановленной волны, несущей информацию о выделенном объекте, на согласованном фильтpе 6 искажения, внесенные им, компенсируются, и на выходе системы, совпадающем с положением трансплантата 3, получается изображение выделенного объекта на чистом фоне. За счет того, что для восстановления искаженного спектра используется тот же фильтр, который вносил эти искажения, исключаются искажения спектра, а значит и ухудшение качества изображения объекта, обусловленное неизбежными погрешностями изготовления корректирующего фильтра по отношению к согласованному.

При работе в реальном масштабе времени, т. е. с использованием в качестве транспаранта 3 и регистрирующей среды 9 пространственно временных модуляторов свете для наблюдения выделенного изображения используется светоделитель 12, установленный между транспарантом 3 и первым Фурье-преобразующим элементом 4. Использование изобретения позволяет за счет двукратного прохождения света по одному и тому же пути в противоположных направлениях уменьшить аберрации оптической системы и за счет использования одного фильтра в качестве согласованного и корректирующего улучшить качество изображения выделенного объекта. Использование корректирующего амплитудного фильтра также улучшает качество выделенного изображения. Все это в целом повышает эффективность функционирования устройства. Длина устройства меньше длины известного устройства.

Сущность изобретения: устройство представляет собой коррелятор, в котором за амплитудным режекторным фильтром установлена регистрирующая среда для записи голограмм, на которой записывается фильтр в реальном времени. Вплотную к согласованному фильтру устанавливают корректирующий амплитудный фильтр. Аберрации системы компенсируются за счет двухкратного прохождения света по одному и тому же пути в противоположных направлениях. 1 ил.

ГОЛОГРАФИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ВЫДЕЛЕНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЙ НЕИЗВЕСТНЫХ ОБЪЕКТОВ ИЗ ИЗВЕСТНОГО МЕШАЮЩЕГО ФОНА, содержащее последовательно установленные на общей оптической оси источник когерентного излучения, коллиматор, Фурье - преобразующий блок с согласованным с фоном фильтром и режекторный амплитудный фильтр, отличающееся тем, что, с целью увеличения достоверности выделения, за амплитудным режекторным фильтром установлена регистрирующая среда для записи голограмм, а перед коллиматором установлен светоделитель для выделения опорного канала, оптическая ось которого направлена под углом к регистирующей среде, и канала считывания, оптическая ось которого сопряжена с оптической осью опорного канала, а вплотную к согласованному фильтру установлен корректирующий амплитудный фильтр.