Способ пространственного дифференцирования изображений и репродукционная система для пространственного дифференцирования изображений

 

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано в когерентных оптических процессорах при обработке изображения методом оконтуривания его фрагментов, т.е. при выполнении операции пространственного дифференцирования. Цель изобретения - повышение качества пространственного дифференцирования изображения и повышение информационной емкости дифференцированного изображения Цель достигается тем, «то осуществляется пространственно-частотная фильтра ция исходного изображения по закону J-.-, . где T(VO) rfip a/T -JW коэффициент пропускания пространствен ных частот по интенсивности - vi х + I y. пространственная частота в полярной системе координат; 0 а , /3 , у 1 - постоянные коэффициенты . Особенностью репродукционной системы для пространственного дифференцирования изображений является использование для пространственно-частотной фильтрации плосковыпуклой линзы, выполненной из цветного оптического стекла, причем радиус выпуклой поверхности определяется из соотношения (fi -А)2/Зг0б IgX, где К Я- показатель поглощения стекла линзы; f i - фокусное расстояние первого компонента; А- рабочая длина волны; 2Гоб диаметр характерного (круглого) элемента дифференцируемого изображения; X - отношение коэффициентов пропускания первого и нулевого максимумов пространственно-частотного спектра характерного (круглого) элемента дифференцируемого изображения. 2 с.п. ф-лы. 2 ил. fe О со о о

СОК)3 СОВЕ!СКИХ

СОЦИАЛИСГИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕ ННЫй KOMMTET

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

НИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ОПИСА

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4690746/24 (22) 15.05.89 (46) 07.11,91. Бюл, N 41 (71) Научно-исследовательский институт радиоэлектроники и лазерной техники МГТУ им. Н.Э.Баумана (72) Д.В.Зубков, О,В.Рожков и Л,Н.Тимашова (53) 681.3(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1267339, кл. G.02 В 27/46, 1984.

Авторское свидетельство СССР

М 1303978, кл, G 02 В 27/46, 1.985, (54) СПОСОБ ПРОСТРАНСТВЕННОГОДИФФЕРЕНЦИРОВАНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЙ И РЕПРОДУКЦИОННАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ПРОСТРАНСТВЕННОГО. ДИФФЕРЕНЦИРОВАНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЙ (57) Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано в когерентных оптических процессорах при обработке изображения методом оконтуривания его фрагментов, т.е. при выполнении операции и рост ранствен ного дифферен ци рован ия.

Цель изобретения — повышение качества пространственного дифференцирования изображения и повышение информационной емкости дифференцированного изображеИзобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано в когерентных оптических процессорах при обработке изображений методом оконтуривания его фрагментов, т.е. при выполнении операции пространственного дифференцирования;

Целью изобретения является повышение качества пространственного дифференцирования изображения и повышение

„„SU„„1689?11 А1 (я)5 6 02 В 27/46, G ОГ1 I I/0П ния. Цель достигается тем, что осуГцествляется пространственно-частотная фильтра ция исходного иэображения по закону — где г(1р) т(1р) =аP (Р коэффициент пропускания пространствен" .,гу ных частот по интенсивностиУ= 1х + ГУ- пространственная частота в полярной системе координат; 0 <а, Р, у< 1 — постоянные коэффициенты. Особенностью репродукционной системы для пространственного дифференцирования изображений является использование для пространственно-частотной фильтрации плосковыпуклой линзы, выполненной из цветного оптического стекла, причем радиус выпуклой поверхности определяется иэ соотношения R=-IQ(f< Л) /Зг0б lgX, где

К,— показатель поглощения стекла линзы; 6— фокусное расстояние первого компонента; Арабочая длина волны; 2гБ — диаметр характерного (круглого) элемента дифференцируемого изображения; Х вЂ” отношение коэффициентов пропускания первого и нулевого максимумов пространственно-частотного спектра характерного (круглого) элемента дифференцируемого изображения. 2 с.п. ф-лы, 2 ил. информационной емкости дифференцированного изображения.

Осуществляется пространственно-частотная фильтрация исходного изображения по закону т{ р) =ap l у Г >) (1) где r()-коэффициент пропускания npocTpBHcTBGHHblx частот по интенсивности;

+afg Д вЂ” пространственная частота в полярной системе координат:

1689911 ты, U22(4 9 ) F(uf(VX X! у) 0 < а, Р, у< 1 — постоянные коэффициенОсобенностью репродукционной системы для пространственного дифференцирования изображений является использование для пространственно-частотной фильтрации вида (1) плосковыпуклой линзы, выполненной иэ цветного оптического стекла, причем радиус выпуклой поверхности определяется из соотношения к (6 л)

Згоб IgX где!Я вЂ” показатель поглощения стекла линзы;

f — фокусное расстояние первого компонента;

1 — рабочая длина волны;

2гоь —,диаметр характерного (круглого) элемента дифференцируемого изображе( ния;

X — отношение коэффициенто=, пропускания первого и нулевого максимумов пространственно-частотного си ектра характерного (круглого) элемента дифференцируемого изображения.

Положительный эффект от использования предлагаемого способа заключается в повышении качества дифференцирования изображения за счет устранения двоения контура и частичного сохранения в обработанном изображении нулевой пространственной частоты, что позволяет распознавать и идентифицировать характерные объекты на поле реставрированного изображения, т.е, в повышении информационной емкости дифференцированного изображения.

Положительный эффект от использования предлагаемого устройства обусловлен выполнением вторым фурье-преобразующим элементом репродукционной системы фукнций дифференцирующего пространственно-частотного фильтра, На фиг.1 изображена репродукционная система, реализующая предлагаемый способ пространственного дифференцирования изображений; на фиг,2 — входной сигнал — характерный элемент изображения и результаты его пространственного дифференцирования линейным квадратичным пространственно-частотными фильтрами и положительной поглощающей линзой репродукционной системы.

Репродукционная система для пространственного дифференцирования изображений содержит первый компонент из двух плосковыпуклых линз 1 и 2, обращенных выпуклостями одна к другой, афокальный компенсатор, состоящий из вогнуто-плоской линзы 3, установленной перед апертурной

55 диафрагмой 4 всей системы, и положительной линзы, склеенной из плосковыпуклой линзы 5, выполненной из цветного оптического стекла, и отрицательного мениска б, Склеенная линза афокального компенсатора установлена непосредствеНно позади диафрагмы 4. Второй компонент симметричен первому относительно диафрагмы 4 и выполнен из плосковыпуклых линз 7 и 8.

Вблизи плоскости изображения, формируемого системой, установлена коррекционная вогнуто-плоская линза 9. Апертурная диафрагма 10 первого компонента расположена в

его передней фокальной плоскости и является входным люком репродукционной системы. Апертурная диафрагма 4 всей системы расположена в совмещенных фокальных плоскостях первого и второго компонентов. Вторая поверхность линзы 1 концентрична центру диафрагмы 10, а первая поверхность линзы

2 апланатична заднему фокусу линзы 1.

Способ пространственного дифференцирования изображений осуществляется следующим образом.

Исходный транспарант, помещенный в плоскости входного люка 10, освещается когерентной однородной плоской волной. В результате дифракции света на транспаранте и преобразования Фурье. осуществляемого первым (силовым) компонентом (линзьt

1 и 2), в его задней фокальной плоскости (за коррекционной вогнуто-плоской линзой 3 в плоскости апертурной диафрагмы 4) сформируется фурье-спектр транспаранта

U ) (Vx, Vy) UoF(t ((, 77)) (3) где F — символ преобразования Фурье;

Оо — амплитуда освещающей волны; т((, ф-амплитудный коэффициент пропускания транспаранта.

Можно показать, что коэффициент пропускания по интенсивности плосковыпуклой поглощающей линзы 5, расположенной непосредственно за апертурной диафрагмой

4, имеет вид (1), причем коэффициенты а, j3, у мог "г быть получены из соотношений а=10 к";/=10 y=(6Л/К), () где о — толщина линзы 5 вдоль оси, Таким образом, в результате второго преобразования Фурье, осуществляемого вторым (силовым) компонентом (линзы 7 и 8) репродукционной системы, в его задней фокальной плоскости за коррекционной линзой

9 сформируется обработанное (продифференцированное) изображение исходного транспаранта, причем комплексная амплитуда поля имеет вид

Работа предлагаемой осесимметричной репродукционной системы моделируется для случая дифференцирования осесимметричного ступенчатого объекта единичного контраста, амплитудный коэффициент пропускания которого можно представить в полярных -.оординатах входной плоскости

t1.t "=гоб ( (6) ttt (r) =0 . г > r,r, Результаты оконтуривания пробного объекта (фиг.2а) диаметром 2гоб=0,4 мм линейным, квадратичным фильтрами и положительной линзой репродукционной системы (показатель поглощения стекла СС8 линзы

К,1-. 1,36, радиус кривизны выпуклой поверхности линзы Р=-30 мм, толщина линзы вдоль оси б=2 мм, фокусное расстояние перво î компонента 11=200 мм, рабочая длин= волны if= 590 нм) представлены соответственно на фиг.2б-г а полярных координатах выходной плоскости г=- Г 2+ 12, По верЧ тикальной оси отложена относительная интенсивность отн=I/imgKc

Сравнение графиков показывает, что репродукционная система, реализующая предлагаемый способ, дает более - еткий контур тест-объекта при сохранении информации о его местоположении (внутренняя область тест-объекта имеет отличную от нуля интенсивность, что позволяет распознать и идентифицировать оконтуренный объект, при этом незначительно увеличивается интенсивность фона), Изобретение может быть эффективно использовано также и при инверсной фильтрации для восстановления искаженных изображений. Выполнение операции дифференцирования изображения репродукционной системой позволяет также расширить функциональные возможности способа и устройства за счет возможности осуществления дополнительных видов пространственно-частотной фильтрации путем установки в плоскость апертурной диафрагмы 4 соответствующих дополнительных оптических фильтров. Кроме того, предлагаемая репродукционная система обладает более высоким отношением сигнал/шум из-за отсутствия дифференцирующего фильтра, проще юстируется и дешевле в изготовлении за счет того, что плоско-выпуклая линза 5 из цветного стекла выполняет двоякую функцию: коррекция аберраций в составе афокального компенсатора (линзы

3, 5 и 6), а также дифференцирование изображения за счет переменного по пространственной частоте поглощения.

50

55 пространственного дифференцирования х . т

Формула из )t!(Rtt ниA

1. Способ пространс1в.ttttttln ди1ферпн цирования изображений, вхле <ак> ций ферми рование когерентной OORRttl ющеи плоскпи волны, освещение этой во ltiot1 рранспяран1л первое оптическое преобразование Фурье над

ВОЛНОИ, ПРОМОДУЛИРОВЭННОа1 ТРЭНСПЭРгтНТОМ, поостранственно-час готную фильтрацию, второе оптическое преобразование грурье. в результате которого форм".ðótoT рег.rRRpvрезанное изобрзжение TpRHcttRpaHTR, о т л ив ? ю + и Й с tl T pal. MTo, o t,pi thto oовышения качества пространственного дифФеренцгл рл ения изображения и повышения информ - цион ной емкости дифферен ци рова нного изображения, прос раHOTвенно-частотная фитпттрация осуществляется по закону з

«(Tp ) = а/т

; м.* т (1p ) — коэффициент пропуск":I-tèR проc-;;;:-;Hñòâåííûõ частот по интенсивности:

Tjp — пространственная частота;

0

2. Репродукционная система для пространственного дифференцирования изображений, содержащая дв» компоне та, расположен Hbtx симметрично относительно апертурной диафрагмы, установленной в задней фокальной плоскости первого компонента, совмещенной с передней фокальной плоскостью второго компонента, каждый из ко,орых выполнен из двух одинаковых об ращенных выпуклостями друг к другу плосковыпуклых линз, при этом в первом компоненте выпуклая поверхность первой линзы выполнена концентричной центру апертурной диафрагмы первого компонента, которая расположена в его передней фокальной плоскости, а выпуклая поверхность второй линзы выполнена апланатичной заднему фокусу первой линзы, вогнуто-плоскую линзу, установле:- Hóþ за вторым компонентом, афокальныи .омпенсатор, установленный между первым и вторым компонентами и состоящий из вогнуто-плоской линзы и отрицательного мениска, причем вогнуто-плоская линза компенсатора расположена перед апертурной диафрагмой всей системы, а положительная склеенная линза— непосредственно за ней, о т л и ч а ю щ а яс я тем, что, с целью повышения качества изображения и повышения информационной емкости дифференцированного изображения, плосковыпуклая линза склеенной положительной линзы афокального компен1689911 сатора выполнена из цветного оптического стекла, причем радиус кривизны выпуклой

° поверхности плосковыпуклой линзы определяется из соотношения

Згоб 9Х где IQ — показатель поглощения стекла линзы;

f1 — фокусное расстояние первого компонента;

А- рабочая длина волны;

2го6 — диаметр диффере нцируемого изо5 бражения:

Х вЂ” отношение коэффициентов пропускания первого и нулевого максимумов пространственно-частотного спектра дифференцируемого изображения.

025

О,5

Г, М с

О.

0.5

О, 025

0,1

О

02 02 г.2

l Prè

Составитель Н. Зайцев

Теэсред М.Моргентал КЬрректор О.Ципле

Редактор И. Шулла

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород. ул.Гагарина. 101

Заказ 3812 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям гэри ГКНТ C(.:ÑÐ

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5