Устройство для вычитания изображений Советский патент 1981 года по МПК G06G9/00 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫЧИТАНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЙ

1

Изобретение относится к приборостроению, а более конкретно к ансшоговым оптическим вычислителям, и может быть использовано для вычитания изображений в реальном масштабе времени.. Известно устройство, основанное на использовании пространственного ;модул.ятора света совместно с поляризующим расщепителем пучка, линзовой системой, связанной со входным изображением и источниками света.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство, содержащее пОляризующий расщепитель пучка, источник света, коллиматор, два пространственных модулятора света, -четвертьволновую пластинку, установленную перед одним из модуляторов, два объектива, оптически связанных со входными изображениями и пространственными модуляторами света, координатно-чувствительный приемник, установленный в выходной плоскости устройства.

Недостатком этих устройств является низкое отношение сигнал/помеха из-за наличия светлого фона, на котором наблюдается разностное изображение, что существенно снижает его

йонтраст и, следовательно,ухудшает качество работы всего устройства. Причиной этого является то, что суммирование негативного и позитивного изображений происходит непосредственно в плоскости координатно-чувствительного приемника, т.е. суммируют распределение интенсивностей света, описывающие негативное и позитивное

10 изображения, а это я приводит к появлению светлого фона, что особенно отрицательно сказывается при вычитании сложных изображений..

Цель изобретения - увеличение отношения сигнал/помеха и контрастности

15 устройства. .

Поставленнгш цель достигается тем, что в устройство для вычитания изоб20 ;ражений,.содержащее источник света,

оптически связанный со входом коллиматора, выход которого оптически

связан с первым входом поляризующего расщепителя пучка, первый выход которого через компенсационную четвертьволновую пла1стину связан с выходом первого пространственного модулятора - света, вход которого через первый

объектив оптически.связан с первым 30 оптическим входом устройства, вход

второго объектива оптически связан со вторым оптическим входом устрой.ства, а выход второго объектива связан со входом второго пространственного ..МодулйТора света, третий объекти. и координатно-чувствительный фотоприемник, установленный в выходной плоскости устройства, введен анализатор изображения, а поляризуюошй расщепитель пучка выполнен в виде поляризатора, оптически связанного с первым входом светоделителя, первый и второй выходы которого являются соответственно первым и вторы выходами поляризующего расщепителя пучка, вход поляризатора является первым входом поляризующего расщепителя пучка, а второй вход светоделителя - его вторым входом, между светоделителем и вторым пространственным модулятором света установлен третий объектив, причем анализатор изображения установлен между вторым выходом поляризующего расщепителя Пучка и входом координатно-чувствительного фотоприемника.

На чертеже приведена принципиаль ная схема устройства для вычитания изображений.

Устройство содержит источник 1 света, коллиматор 2, поляризукадий {Расщепитель пучка 3, выполненный в виде светоделителя 4 и поляризатора 5, пространственные модуляторы света 6,7, первый и второй оптические входы устройства 8, первый и второй объективы 9 и 10, компенсационная четвертьволновая пластина 11 (Л /4 - длина волны источника 1 света), третий объектив 12, координатно-чувствительный фотоприемник 13 и анализатор 14,.

Устройство работает следующим образом.

Вычитаемые изображения, являющиеся входами устройства 8, проектируются соответствунхцими объективами 9 и 10 на входы пространственных модуляторов .света 6 и 7 и создают на них распределения интенсивности света, описываемые выражениями 3 (х.у) и За. (х.у). При этом модуляторы 6 и.7 становятся эквивалентными фазовым пластинкам, вносящим разность фаз между обыкновенным и необыкновенным лучами считывающего пучка света равную: для модулятора б (х.у) (х,у), а для модулятора 7сЯ,1 (.У ) {х,у) . Пучок считывающего света, формируемый коллиматором 2, проходит через поляризатор 5, светоделитель 4, четвертьволновую пластину 11 и попадает на модулятор 6. При этом происходит фазовая модуляция считывающего пучка света, которая вследствие нгшичия четвертьволновой пластины 11 пропорциональна распределению интенсивности света а одном изобр ажении, нега1тивном по

отношению к другому изображению. Объектив 12 проектирует с сохранение масштаба изображение модулятора б в плоскость модулятора 7, при отра:женин от которого также происходит фазовая модуляция считывающего пучка света, пропорциональная распределению интенсивности света, создаваемому на модуляторе 7 одним изображением. Отраженный от модулятора 7 считывамадий пучок света собирается объективом 12 в плоскость координатно-гчувствительного фотоприемника .13, перед которым установлен анализатор 14, скрещенный с поляризатором 5 и преобразующий фазовую модуляцию считыва1эщего пучка света в амплитудную модуляцию. Таким образом, распределение интенсивности света в плоскости координатно чувствительного фотопрИемника 13 описывается выражением

; 3(x,-().t-sindJ(x.(()(,v). :60srfX)(,V)cos(x,y)j, ;

где t - коэффициент светопропускания оптической схемы устройства, Зд - интенсивность излучения

источника 1 света, Если вычитаемые изобра кения одинаковы, т.е. а (х,у) 3j (х,у) Ло (У) то ей, (х,у) Яа(х;у)

-(Го (х,у) , а J(x,y) Cl -sin df, (x,y) - (x,y)l- 0. Следовательно, одинаковые изображения полностью вычитаются, и в плоскости координатно-чувствительного фотоприемника 13 свет отсутствует. Это явление может быть использовано при регулировке и юстировке устройства, при этом последние выполняются проще и надежнее по сравнению с известном устройством, в котором при одинаковых изображениях плоскость коорди натно-чуветви тел ь но го фотоприемника 13 должна быть равномерно освещена. Если оба изображения различны, т.е. 3 (х,у ai (х,у), то

.( (х,у) j4 (х,у). Допустим, что 3 (х.у) Зо (х.у) + 3 (хоуо). где 3 (XQ . ) - локальные изменения одного изображения, происшедшие в точке с координатами (х.у а 3j{x,y) q,(x,y) ,, ,у, ).

где J (х ,у ) - локальные изменения другого .изображения, происшедшие в точке с координатами (х., ,у ).

Тогда можно записать:

сР,(х.у) Л(х.у) ч-сГЧхоУо). 4 (х.у-) d, (х.у) +tfMx,y)

Следовательно, в этом случае ;. а(х.у) - Г JoU - (х,у) + + d ()xsintdb(x.y) -ь сГ(х,уЛ - собГЛСх.у) + сГ; (xoyo)-Gos(fo(x,y)f

45 + У )(xoyo)(f (х, у;)

Из этого вьфажения следует, что распределение интенсивности света в плоскости координатно-чувствительного фотоприемника 13 пропорционально локальным отличиям вычитаемых изображений, т.е.. разности изображений, которая наблюдается на темном фоне.

Таким образом., разработанное устройство позволяет осуществлять операцию вычитания изображений в реальном масштабе времени, причем разностное изображение наблюдается на темном фоне, что существенно повышает его контраст и отношение сигнал/помеха.

Формула изобретения

Устройство для вычитания изображений, содержащее источник света, оптически, связанный со входом коллиматора, выход которого оптически связан с первым входом поляризующего расщепителя пучка, первый выход которого через компенсационную четвертьволновую пластину связан с выходом первого пространственного модулятора света, вход которого через первый объектив оптически связан с первым оптическим входом устройства, вход второго объектива оптически связан со вторым оптическим входом устройства, а выход второго объектива связан со входом- второго пространственного модулятора света третий объектив и координатно-чувс витальный фотоприемник, установленный в выходной плоскости устройства, отличаю1аееся тем, ч.то, с ,j целью увеличения отношения сигнал/помеха и контрастности устройства, в . него введен анализатор изобргикения, а поляризующий расщепитель пучка выполнен в виде поляризатора, оптически связанного с первым входом све0тоделителя, первый и второй выходы которого являются соответственно первым и вторым выходами поляризующего расщепителя пучка, вход полйризатора является первым входом поляризующего расщепителя пучка, а второй вход светоделителя - его в.торым входом, между светоделителем и вторым пространственным модулятором света установлен третий объектив, причем

0 анализатор изображения установлен между вторым выходом поляризукяцего расщепителя пучка и входом координатно-чувствительного фотоприемника. Источники информации,

5 принятые во внимание при экспертизе

, модуляторы света. ТИИЭР, т. 65, 1977, 1, с. 185-186, рис. 9.

0 itJuminollon in real time Applied optils, 1977 sel 16, 12, p. 3087,f-g. 2.

1 /