СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ОБЪЕКТОВ Советский патент 2006 года по МПК G01B9/21 G03H1/22 

Предлагаемое изобретение относится к области лазерной техники и может быть использовано, например в оптической локации для распознавания объектов любой геометрической формы, наблюдаемых через турбулентную атмосферу.

Известен способ определения геометрических характеристик объектов, наблюдаемых через турбулентную атмосферу, основанный на регистрации голограмм с опорным пучком, прошедшим через ту же турбулентную атмосферу, что и свет от объекта, и восстановлении из них изображения объекта, см. Гудман и др. "Appl" Phys. Jett", 1966, 8, р.311.

Наиболее близким по технической сущности способом к предлагаемому является способ определения геометрических характеристик объектов, наблюдаемых через турбулентную атмосферу, включающий подсвет объекта когерентным лазерным излучением оптического диапазона волн, регистрацию голограммы интенсивности отраженного от объекта излучения и последующее восстановление из нее при Фурье - преобразовании неискаженной фазовыми атмосферными флуктуациями автокорреляции изображения объекта, см. а.с. №97742, СССР, МКИ G 02 B 27/00, 1975.

Недостатком всех вышеприведенных способов является пониженная точность определения геометрических характеристик за счет отсутствия компенсации амплитудных атмосферных флуктуаций.

Целью предлагаемого изобретения является повышение точности определения геометрических характеристик объектов, наблюдаемых через турбулентную атмосферу.

В соответствии с предлагаемым изобретением цель достигается тем, что регистрируют коротко-экспозиционные голограммы интенсивности отраженного от объекта излучения с контрастом равным единице и экспозициями, равными интервалу временной корреляции атмосферных флуктуаций, перед формированием восстановленного образа просвечивают каждую из полученных голограмм когерентным излучением с частотой, равной частоте подсвета объекта, суммируют когерентные излучения, прошедшие через упомянутые голограммы, ослабляют суммарное когерентное излучение в N раз и регистрируют голограмму интенсивности ослабленного излучения с контрастом, равным двум.

На чертеже представлена блок-схема для реализации предложенного способа.

Она содержит источник подсвета 1, когерентным электромагнитным излучением оптического диапазона волн, объекта 2, наблюдаемого через турбулентную атмосферу. Приемное устройство 3, например телескопическая система и последовательно установленные за приемным устройством 3 регистрирующую камеру 4, устройство просвечивания голограмм интенсивности 5, сумматор 6, блок ослабления суммарного излучения 7, устройство для регистрации ослабленного суммарного излучения 8 и устройство формирования восстановленного образа 9.

Ниже приводится математическое обоснование предложенного способа. Поле на приемной аппаратуре телескопа можно представить в виде произведения

где: - комплексная амплитуда поля отраженного от объекта, а - функция, характеризующая случайные изменения светового сигнала от объекта в турбулентной атмосфере. Здесь - нормально распределенные случайные величины, характеризующие соответственно, амплитудные и фазовые атмосферные флуктуации.

При регистрации голограммы интенсивности (распределения интенсивности в плоскости приемной апертуры телескопа), получаем:

откуда видно, что при регистрации голограммы интенсивности пропадают фазовые атмосферные флуктуации . Наряду с этим пропадает и полезная фазовая информация от объекта , что приводит к невозможности последующего восстановления изображения объекта и при Фурье-преобразовании от зарегистрированной голограммы интенсивности (2) восстанавливается лишь автокорреляция изображения объекта

Эта автокорреляция и служит для определения геометрических характеристик объекта с целью его последующего распознавания. Нетрудно видеть, что, если фазовые атмосферные флуктуации автоматически компенсируются при регистрации голограммы интенсивности и не оказывают влияния на восстановленную автокорреляцию и точность определения по ней геометрических характеристик объекта, то амплитудные атмосферные флуктуации не компенсируются при этом и, как легко показать, приводят к ухудшению отношения сигнал (фон контраста) к восстановленной автокорреляции и как следствие этого, к снижению точности определения геометрических характеристик объекта. Это является серьезным недостатком прототипа. Для устранения влияния амплитудных атмосферных флуктуации в новом способе предлагается перед Фурье-преобразованием осуществить последовательность операций, позволяющих усреднить амплитудные атмосферные флуктуации.

Действительно, если рассматривать голограмму интенсивности с контрастом j=1, а не j=2, то получаем фактически голограмму амплитуды

Если теперь зарегистрировать N таких голограмм амплитуды с экспозициями, равными интервалу временной корреляции атмосферных флуктуаций τ_A (τ˜0,001 с), то получим

где: индекс j указывает на порядковый номер зарегистрированной голограммы или, что то же, на порядковый номер случайной реализации амплитудных атмосферных флуктуаций. При просвечивании каждой из N таких голограмм амплитуды когерентным излучением частоты подсвета распределение амплитуды (5), записанное на ней модулирует плотность прошедшего светового потока по логафмическому закону:

Суммируя световые потоки, прошедшие через N отдельных голограмм амплитуды и ослабляя суммарное излучение в N раз, получаем распределение плотности суммарного светового излучения в виде

Учитывая, что при больших N (N>10)

где угловые скобки <·> обозначают статистическое среднее. Нетрудно убедиться, что

Регистрируя, это излучение (9) с контрастом, равным двум, и учитывая экспоненциальную зависимость между плотностью светового потока и регистрируемой интенсивностью, окончательно получаем голограмму интенсивности отраженного от объекта излучения, аналогичную (2), но свободную и от амплитудных атмосферных флуктуаций

Осуществляя далее Фурье-преобразование от полученной голограммы интенсивности (10) можно восстановить автокорреляцию изображения объекта

которая в отличии от восстанавливаемой в прототипе автокорреляции (3) свободна от амплитудных атмосферных искажений.

Это способствует безусловному достижению цели повышения точности определения геометрических характеристик объектов, наблюдаемых через турбулентную атмосферу, по автокорреляции (10) в сравнении с определением тех же характеристик по автокорреляции (3). Предложенный способ реализуется следующим образом.

Объект 2 подсвечивают когерентным электромагнитным излучением оптического диапазона волн посредством лазера 1. Отраженное от объекта 2 излучение, пройдя через турбулентную атмосферу, принимается телескопом 3. После чего (неискаженные фазовыми атмосферными флуктуациями) регистрируются в устройстве 4, N голограмм интенсивности отраженного от объекта излучения. Регистрация голограмм производится с контрастностью, равной единице и с экспозициями, равными интервалу временной корреляции атмосферных флуктуаций. Промежуток времени между регистрацией голограмм выбирается таким, чтобы они были независимыми по амплитудным атмосферным флуктуациям. Полученные N голограммы интенсивности отраженного от объекта 2 излучения подвергают просвечиванию в устройстве 5 когерентным лазерным излучением с частотой, равной частоте подсвета и производят суммирование излучений, прошедших через упомянутые голограммы в сумматоре 6. Полученное суммарное излучение ослабляют в N раз в блоке 7.

Затем производят регистрацию голограмма интенсивности ослабленного в N раз излучения с контрастом, равным двум, в устройстве 8. В результате проделанных операций полученная голограмма интенсивности будет свободна от амплитудных атмосферных флуктуаций за счет их усреднения. Формирование восстановленного образа голограммы интенсивности, свободной от амплитудных атмосферных флуктуаций, производят в устройстве 9.

Из вышеприведенного следует, что предложенный способ имеет преимущество перед известным, а именно повышает точность определения геометрических характеристик объектов, наблюдаемых через турбулентную атмосферу за счет исключения влияния амплитудных атмосферных флуктуаций, путем их усреднения.

Изобретение относится к области лазерной техники и может быть использовано, например в оптической локации для распознавания объектов любой геометрической формы, наблюдаемых через турбулентную атмосферу. Сущность: способ заключается в регистрации N коротко-экспозиционных безопорных голограмм интенсивности отраженного от объекта излучения и формировании восстановленного образа. При этом регистрируют коротко-экспозиционные голограммы интенсивности отраженного от объекта излучения с контрастом, равным единице. Затем каждую из полученных голограмм просвечивают когерентным излучением экспозициями, меньшими интервала временной корреляции атмосферных флуктуаций, через промежутки времени, большие интервала временной корреляции атмосферных флуктуаций. Частота облучений, при этом, равна средней частоте подсвета объекта. После этого формируют восстановленный образ из зарегистрированной с контрастом равным двум голограммам интенсивности ослабленного в N раз суммарного потока когерентных излучений, прошедших через N голограмм. Технический результат: повышение точности определения геометрических характеристик путем компенсации амплитудных атмосферных флуктуаций. 1 ил.

Способ определения геометрических характеристик объектов, наблюдаемых через турбулентную атмосферу, заключающийся в регистрации N коротко-экспозиционных безопорных голограмм интенсивности отраженного от объекта излучения и формирование восстановленного образа, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения геометрических характеристик путем компенсации амплитудных атмосферных флуктуаций, регистрируют коротко-экспозиционные голограммы интенсивности отраженного от объекта излучения с контрастом, равным единице, экспозициями меньшим интервала временной корреляции атмосферных флуктуаций, через промежутки времени, большими интервала временной корреляции атмосферных флуктуаций, просвечивают каждую из подученных голограмм когерентный излучением с частотой, равной средней частоте подсвета объекта, и формируют восстановленный образ из зарегистрированной с контрастом, равным двум голограммам интенсивности ослабленного в N раз суммарного потока когерентных излучений, прошедших через N голограмм.