Устройство для оптической пространственнойфильТРАции Советский патент 1981 года по МПК G06K9/00 

Изобретение относится к технике обработки информации в когерентных оптических системах, а в частности, к устройствам, предназначенным для осуществления пространственной фильтр ции и корреляционного анализа 1изображений и сигналов. Известны когерентные оптические системы для пространственной фяшьтрации и вычисления корреляционных функций на основе головогра4п1ческих фнпьтров или синтезируемы на ЦВМ амплитудных транспорантов tl 2J,i Наиболее близкой к предлагаемому устройству является управляемая вычислительной машиной фильтрукщая система с модулятором типа ПРОМ, установ ленным в плоскости преобразования Фурье СзД. В, это1Г системе на эле1ст1юоптачвскон модуляторе типа ПРОМ с последовательно расположенным анализатором, на ходяцим я 8 простраяственно-частотвой плоскости фильтрации, узким лазер1а|М пучком, адресуемым и модулируемым по интенсиЕНОсти от ЭВМ, записывается требуемая функция амплитудного пропускания пространственного фильтра. Недостатком известного устройства является то, что оно не позволяет осуществлять фильтрацию изображений комплексными передаточными функциями (ивой с анализатором действует как амплитудный фильтр, что существенно сужает его функциональные возможности. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства путем осуществления пространственного 4ашьтра с комплексной передаточной функцией. Это достигается тем, что в устройство для оптической пространственной фильтрации, содержащее оптически cantаанные расположенные ца одной оптической оси первый лазер, йоллиматвр, входной пространственный модулятор света, объектив пряного преобразования Фурье, цервый светоделитель, оптически связанный с первым амплитудным модулятором, первый пространственный модулятор света (пмс) ПРОМ, поляризатор, ось пропускания которого ориентирована под углом 45 к главным осям пер- вого ПМС ЯРОМ, и обтэектив обратного преобразования -Фурье, расположенные на .другой оптической, оси второй лазер и дефлектор, введены последовательно расположенные второй ПМС ПРОМ, одна из главных оптических осей которого параллеяька оси пропускания поляризатора, и второй светоделитель, распо ложенные между поляризатором и объекти вом обратного преобразования Фурье, второй амплитудный модулятор, оптичес ки связанный со вторым светоделителем и поспедовательно расположенные .третий светоделитель, оптически связанный с дефлектором и первым амшштудным модулятором, и зеркало, оптически связанное со вторым амплитудным модулято ром. На чертеже приведена функциональна схема устройства. Устройство для оптической простран ственной фильтрации содержит первый лазер 1, коллиматор из объективом 2 и 3, входибй пространственный модулятор 4 света, объектив 5 прямого -преобразо вания Фурье, первый светоделитель 6, пространственнь й модулятор 7 света типа ПРОМ. поляризатор 8, второй пространственный модулятор 9 света типа ПРОМ, второй светоделитель 10, объектив 11(Обратного преобразования Фурье второй лазер 12 и расположенные на его оптическойоси дефлектор; 13, тре тий светоделитель 14 поворотное зеркало 15, амплитудные модуляторы I6 и и1, На чертеже также изображены плоскость 18 выходного изображения , оптические элементы 19j, 20 формирований записывакщих световых пучков, электронно-вычислительная управляющая машина 21. Устройство работает следующим образом, Если необходимо осуществить фильтрацию входного изображення заданного на модуляторе 4 в виде функции про йуска я f (Х, з) комплексной переда точной функциейф(ШхнЩ,)еУ(Ш X у) (},(Д,}, то в цифровом блоке комплекснаяфункция представляется в иде двух массивов АЫу,) и ((й/у,Шу), оторые определяются соотношениями : АЦ,Шу)о1гоб1пVvJ(,cu)+ Vj(y3x ,j) ,vJ-«rot,gl0 Значения зтих массивов выводятся синхронно на амплитудные модуляторы 16, 17 и с помощью светового луча от лазера 12 отображаются в виде растрированных изображений на пространственные модуляторы 7, 9 типа ПРОМ. В результате того, что кристалл ПРОМ ориентирован под углом к направлению поляризации излучения лазера 1, его пропускание совместно с поляризатором 8, ориентированным перпендикулярно направлещ1Ю поляризации подающего излучения, будет описываться выражением .U(U),u)j} AoSin j-norE,(uJx,a;y), где X - длина волны, HQ- показатель преломления, г - злфстрооптический козффициент кристалла, Е(ш,(,(Шу)- поле приложенных к кристаллу напр5 жений. Так как функция S C xiUJs,) определяется полем зкспозиции света, формируемым модулятором 17 совместно с дефлектором 13, то при определенном коэф ициентов результирующее пропускание ПРОМ будет .U,Cu,U)y)Ao9in А Си5х., Так как ориентация одной из главных орей ПРОМа 9 совпадает с поляризацией излучения после поляризатора 8, то ПРОМ 9 работает как фазовый модулятор, Его пропускание описываетсяфункцией {1Их .«у)ехр п г Е Ciux , где, как и в предыдущем случаеE tu ft после приложенных к кристаллу напряений/. : Однако, теперь функция определя етс}г полем экспозиции света, форьюруемым модуляторе 17, и соответствует второму ци овому массиву, задакщему ушащю(«3)Эу);Е,(Шх,с1)2,) . При выборе коэф щиёнтов таким образом, чтобы (сО)(,ои), изменялась в преелах О - 2J, получим, что и,(%,СУу)е)(р j MKjU) В итоге сложный фильтр, состоящий из модуляторов 7, 9 и поляризатора 8 будет реализовать искомую комплексну передаточную функцию и его пропускан будет г(,уЩи,(1)уЩ()х, Если на входном пространственном модуляторе задано изображение f (X|S то в плоскости за фильтром после комплексной амплитуды света будет и(Шу ,(jUy} Р(ЦХ,ии).г(Ш)(,%), где F (u)x,uu) пространственный фурьеспектр функции f () Fl5(-xiJ JxJПосле выполнения обратного Фурьепреобразования объективом I1 в плоскости 18 будет сформировано поле К(х, ij ) комплексной амплитуды света соответствующее свертке функции f (Х,5/ и импульсного отклика синтезируемого фильтра X X, . х(У) Ifcx jxcA-x-j -yMya . Введение новых элементов и связей между ними позволило существенно расширить функциональные возможности устройства, оптической фильтрации изображений и сигналов. Применение устройства для целей обработки аэрокосмических изображений, распознавания образов, адаптивной фильтрации позволит существенно повысить скорость обработки информационных потоков боль емкости при сохранении гибкости и универсальности, присущих используемым в настоящее время цифровым системам. Формула изобретения /-Устройство для оптической простран ственной фильтрации, содержащее оптически связанные расположенные ил одной оптической оси первый лазер, коллиматор, входной пространств.енньш модулятор света, объектив прямого преобразования Фурье, первый светодели тель, оптически связанный с первым амплитудным модулятором, первый пространственный модулятор света (ПМС) ПРОМ, поляризатор, ось пропускания которого ориентирована под углом к главным осям первого ПМС ПРОМ, и объектив обратного Преобразования Фурье, расположенные на другой оптической оси второй лаз.ер и дефлектор, отличающееся тем, что, с целью расшире1шя; функциональных возможностей -устройства путем осуществления пространственного фильтра с комплексной передаточной функцией,Iустройство содержит последовательно расположенные второй ПМС ПРОМ, одна из главных оптических осей которого параллельна оси пропускания поляризатора, и второй светоделитель, расположенные между поляризатором и объективом обратного преобразования Фурье, второй амплитудный модулятор, оптически связанный со вторым светоделителем, и последовательно расположенные третий светоделитель, оптически связанный с дефлектором и первым амплитудным модулятором, и зеркало, оптически связанное со вторым .амплитудным модулятором. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе |, Патент Франции № 2211147, кл, G 06 К 9/00, опублик. 1974. 2, Патент США 351.0223, л, НКИ 356-7J, опублик. 1970. 3, ТИИзР,1977, т. 65, № , f прототип).