Некогерентный коррелятор оптических изображений Советский патент 1980 года по МПК G06G9/00 

1

Изобретение относится к устройствам для анализа формы изображений, основанных на преобразовании светового сигнала в электрический, и может быть использовано, например, для распознавания образа и выделения полезной информации на фоне ме- 5 шающих шумов и объектов.

Известно устройство, осуществляющее корреляционную обработку сигналов, включая вычисление авто- и взаимно-корреляционной функции 1. .

Наличие механических узлов и деталей, а также жесткие требования к динамическому диапазону интегрирующего фотоприемника ограничивают возможности применения этого устройства.

Известно устройство для анализа одномерных изображений, выполненное на матрице фотоприемников 2.

Однако использование в таком устройстве линейки фотоприемников с индивидуальным доступом к каждому элементу исключает возможность проведения анализа дву- 20 мерных изображений. Использование двумерных матриц в таком устройстве невозможно.

Цель предлагаемого изобретения - расширение функциональных возможностей устройства путем расщирения класса синтезируемых функций и, следовательно, анализируемых изображений двумерными функциями, включая их параллельный сдвиг и поворот.

Поставленная цель достигается тем, что в некогерентном корреляторе оптических изображений, содержащем матрицу фотоприемников, выходы которых через блок коммутации соединены со входом усилителя считывания, первым информационным входом коррелятора является оптический вход матрицы фотоприемников, блок синтеза эталонной функции., вход которого соединен с выходом генератора периодически меняющегося напряжения, матрица фотоприемников выполнена в виде многострочного сканистора, электрические входы которого подключены к соответствующим выходам блока синтеза Эталонной функции, кроме того, блок синтеза эталонной функции содержит резистивный делитель, выполненный в виде распределенного полупроводникового слой на монокристалле, на который нанесены пространственно распределенные структуры многострочного сканистора, причем ширина одного из двух электродов делителя и электрический профиль распределенного полупроводникового слоя однозначно связаны с видом эталонной функции.

На фиг. 1 изображена блок-с ема устройства; на фиг. 2 и 3 - блок синтеза эталонной функции, варианты исполнения.

На многострочный сканистор с блоком 1 коммутации (фиг. 1) проецируется изображение анализируемой функции (линзы,осветители, транспаранты или собственно анализируемый объект на. чертеже не показаны).

Блок 2 синтеза эталонной функции выполнен в видерезистИвнОго делитеЖисточника постоянного смещения с отводами. Выходы матрицы фотоприемников и входы блс1ка синтеза электрически соединены.

Блок перемещения эталонной функции выполнен в виде генератора 3 периодически меняющегося напряжения и соединен последовательно с блоком 2 синтеза. Общий выход матрицы фотопрйемйИКо1б эЛ ектрически соединен с входом усилителя 4 считывания корреляционного сигнала.

Весь сканистор выполняется на едином монокристалле 5. На том же монокристалле может быть выполнен и делитель постоянного смещения блока синтеза. Так, например, если используется п-монокристалл, то строки 6, отводы от делителя 7 и собственно делитель 8 выполняются в виде р-слоев в едином технологическом цикле (фиг. 2). Это существенно упрощает устройство, так как ликвидируется больщое ЧИслО внешних котттактов к строкам ска нистора , упрощается изготовление собственно делителя.

В пр01стейщем случае силуэтная функция - прямая, делитель - линеен, т. е. сопротивления участков между отводами одинаковы. Делитель выполняется в виде полоски 8 с одинаковыми контактами 9 и

9 по краям фиг. 2), ,.,.,.:„,,„„,,,,,.,.,,

Если должна быть синтезирована более сложная эталонная функция У(х,у), то специально выбирается конфигурация одного из контактов (x,Y), а также профиль распределенного слоя делителя 1 (х,у). При этом второй контакт 9 проходит через конечную точку диапазона преобразования, а первый - через начальную,и одна из линий слоя делителя совпадает с осью .Jc. Связь трех упомянутых функций дается соотнощением:

Y(i) Y(x,y) + ifj(x,Y), где x,Y в У(х,у) заменен на z, г x + iy. На фиг. 3 показан делитель, реализующий функцию у (х) х. Заменяя х на z, получают

Y(i) (x + iy) x3-Зху + (3х2у-у);: (x,y)-Ыг(х,у)

fe

744653

в исходном состоянии на сканистор оптически спроецировано анализируемое изображение f(x,у). Система электрической коммутации сканистора, включающая тыльный распределенный делитель с контактами 11, источник 12 постоянного смещения, генератор пилообразного напряжения (не показан), подключена. На делитель блока 2 синтеза силуэтной функции подано напряжение смещения источником 10.

Многострочный сканистор представляет собой пространственно распределенную р-п-р(п-р-п)-структуру. Лицевые р-п(п-р)переходы 6, обращенные к изображению, могут находиться в воспринимающем, либо

в не воспринимающем свет состоянии в зависимости от суммарного падения напряжения на элементарной ячейке. Это падение напряжения зависит от местоположения ячейки относительно тыльного делительного р-п(п-р.)-перехода, от момента коммутации напряжения источника пилообразного напряжения, от местоположения ячейки относительно отводов делителя блока синтеза, от мгновенного значения напряжения на выходе блока перемещений эталонной функции.

J В исходный момент времени все ячейки - элементы матрицы свет воспринимают.

Устройство работает следующим образом. В первый интервал времени AtJ, переключаются нижние (верхние) ячейки, не боO лее одной в каждой строке, в соответствии с синтезируемой функцией. Это переключение происходит под воздействием генератора коммутирующего пилообразного напряжения. Фототок с элементарных ячеек, расположенных выше (ниже) нулевой эквипотенциали, суммируется усилителем считывания. В следующий интервал времени At пилообразное коммутирующее напряжение обеспечивает изменение падения напряжения на ячейках на AU, что приводит к пере0 ключеник) новых элементов, таким образом, линия нулевой эквипотенциали перемещается по всей матрице, реализуя «скольжение силуэтной функции по анализируемому изображению. В интервал времени Д1 останутся «видяЬцими не более, чем по одному верхнему (нижнему) элементу в каждой строке. Таким образом, за первую группу из N интервалов производится корреляционный анализ со сдвигом эталонной функции вдоль строк вдоль оси у.

o Чтобы произвести сдвиг эталонной функции вдоль оси X необходимо изменить напряжения на отводах делителя блока синтеза.

В интервал времени At начинает работать блок перемещений эталонной функции,генератор 3. Смещение на делителе 8 возрастает (уменьЩается), а также смещается вдоль оси X, чем достигается поворот и смещение эталонной функции ( эти две операции могут производиться как одновременно, так и раздельно). При каждом новом дискретном положении эталонной функции производится с помощью системы коммутации сканирование вдоль оси у- Таким образом, осуществляется полный корреляционный анализ изображения, причем эталонная функция соверщает пово|эот вокруг произвольно выбранной точки и смещается вдоль ОСИ X и оси Y- Число дискретных положений эталонной функции определяется числом разрещимых элементов мнбгострочного сканистора.

Общий ток в цепи матрицы фотоприемных элементов достигает максимума (минимума) в тот момент i io-t, когда контур изображения (х,у) и нулевая эквипотенциаль-силуэтная функция совпадут больщинством точек. В общем случае

I(t) //f(x,Y)Y(x-п Лх,у-m AY)dxdY,

где n n(t),m m(t),In, I(to)

По величине максимума (минимума) амплитуд суммарного тока можно судить о мере близости эталонного и анализируемого изображений, и, например, производить разделение опознаваемых изображений по классам.

Опробован макет предлагаемого коррелятора.

Размерность матрицы 32 х 150 элементов, размер элемента 100 X 100 мкм. Расстояние между центрами по оси у - 100 мкм, по оси X - 800 мкм, пороговый регистрируемый поток - 2 X 10 Вт/элемент, интегральная чувствительность - 0,2 а/Вт, скорость перемещения эталонной функции - 10 эл/с. Блок синтеза эталонной функции состоит из навесного линейного делителя, блок перемещения - регулируемый источник постоянного смещения.

Синтезируется «видящая полуплоскость, граница раздела «видящей и «невидящей частей во времени изменяет угол наклона. На матрицу проецируется линия. По величине корреляционного сигнала удается определить угол ее наклона с точностью 1° во всем диапазоне изменения угла и с точностью 0,1° в пределах ±45°. На другом макете со сменным делителем отличают объекты с контуром формы окружности от объектов с прямолинейным контуром. Объекты близки по размерам и различаются при произвольном положении и угле поворота в поле зрения фотоприемной матрицы.

В предлагаемом устройстве по сравнению с известным расщиряется класс анализируемых изображений: вместо одномерных функций, например спектральных линий, анализируются двумерные произвольные объекты, отличающиеся контуром. Причем возможен сдвиг и поворот эталонных функций, т. е. анализ произвольно сориентированных изображений, что существенно расщиряет возможности прибора. Кроме того, выполнение синтезатора эталонной функции на одном монокристалле со сканистором упрощает устройство: в многострочном сканисторе число внещних выводов к прибору равно числу строк плюс два вывода для коммутации, в предлагаемом устройстве выводы строк заменены двумя выводами к делителю синтезатора.

Формула изобретения

/

1. Некогерентный коррелятор оптических изображений, содержащий матрицу фотоприемников выходы которых через блок коммутации соединены со входом усилителя считывания, первым информационным входом коррелятора является оптический вход матрицы фотоприемников, блок синтеза эталонной функции, вход которого соединен с выходом генератора периодически меняющегося напряжения, отличающийся тем, что, с целью расщирения функциональных возможностей за счет обеспечения анализа пространственных функций, в корреляторе матрица фотоприемников выполнена в виде многострочного сканистора, электрические входы которого подключены к соответствующим выходам блока синтеза эталонной функции.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок синтеза эталонной функции содержит резистивный делитель, выполненный в виде распределенного полупроводникового слоя на монокристалле, на который нанесены пространственно распределенные структуры многострочного сканистора, причем щирина одного из двух электродов делителя и электрический профиль распределенного гголупроводникового слоя однозначно связаны с видом эталонной функции.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 269628, кл. G 06 G 9/00, 1968.

2.Авторское свидетельство СССР

№ 541182, кл. Q 06 G 9/00, 1975 (прототип).

Фиг. 2

7

Фи1 3