Устройство для преобразования чернобелых изображений в псевдоцветные

 

Изобретение относится к оптоэлектронике и может быть использовано в системах оптической обработки информации при дешифрировании аэрофотоснимков для визуального анализа рентгеновских снимков, а также для выявления дефектной структуры полупроводниковых материалов на ранней стадии изготовления оптоэлектронных приборов . Устройство содержит последовательно расположенные и оптически связанные источник белого света, конденсатор, светоделительный элемент, пространственновременной модулятор света с исходным изображением, объектив и экран. Светоделительный элемент выполнен в виде последовательно расположенных и оптически связанных трех планарно-ориентированмых слоев холестерического жидкого кристалла , обладающих селективным отражением в красной, синей и зеленой областях спектра, заключенных между диагональными гранями двух прозрачных треугольных призм и разделенных между собой прозрачными пластинами 1 ил. (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)ю G 02 F 1/135

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

f »;-, ОП ИСАН И Е И ЗОБРЕТЕ Н ИЯ - :

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4891794/25 (22) 17.12,90 (46) 15,11.92. Бюл, N. 42 (71) Центральный научно-исследовательский институт "Комета" (72) В,В.Беляев, С.В.Беляев, Ю.Д,Думаревский, Н. Ф. Ковтонюк. Jl. Â. ÌåäBåäåBà, В.А.Овечкин и Е.H. Сал ьни ко в (56) Сборник. Применение жидких кристаллов в неразрушающих методах контроля оптических материалов и изделий. Л., 1987, с.43 — 56.

Думаревский Ю.Д. и др. ДАН СССР, 1985, т.285, в.1, с.88 — 91. (54),УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЧЕРНО-БЕЛЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ В

ПСЕ ВДОЦВ ЕТН Ы Е (57) Изобретение относится к оптоэлектронике и может быть использовано в системах оптической обработки информации при деИзобретение относится к оптоэлектронике и может быть использовано в системах оптической обработки информации для дешифрирования аэрофотоснимков, для визуального анализа рентгеновских снимков, а также для выявления дефектной структуры полупроводниковых материалов на ранней стадии изготовления оптоэлектронных приборов.

Известно устройство для визуализации структуры дефектов и соответствующих им функциональных неоднородностей кристалла путем перевода черно-белых изображений в псевдоцветные.

Устройство состоит из жидкокристаллической ячейки, собранной на основе струк„,5U„„1775711 А1 шифрировании аэрофотоснимков для визуального анализа рентгеновских снимков, а также для выявления дефектной структуры полупроводниковых материалов на ранней стадии изготовления оптоэлектронных приборов. Устройство содержит последовательно расположенные и оптически связанные источник белого света, конденсатор, светоделительный элемент, пространственновременной модулятор света с исходным изображением. обьектив и экран. Светоделительный элемент выполнен в виде последовательно расположенных и оптически связанных трех планарно-ориентированных слоев холестерического жидкого кристалла, обладающих селективным отражением в красной, синей и зеленой областях спектра, заключенных между диагональными гранями двух прозрачных треугольных призм и разделенных между собой прозрачными пластинами. 1 ил. туры металл — диэлектрик — полупроводникжидкий кристалл, освещаемой со стороны диэлектрика излучением от источника белого света, от которого одновременно производится считывание картины неоднородностей, формирующейся в модулирующем слое излучением, прошедшим систему линз, поляризационный фильтр, светофильтр и делительный кубик. Считанная со слоя жидкого кристалла картина неоднородностей полуп роводникового материала формируется на экране с помощью поляризационного анализатора и обьектива в виде псевдоцветного изображения. Однако система обладает низкой чувствитсльностью ко входным засветкам и малым цветовым охватом ввиду

1775711

55 непрерывности спектра излучения источника считывающего излучения (лампа накаливания). дефицита синих составляющих в спектре пропускания линейных пленочных поляризаторов, а также невысоким контрастом формируемой картины из-за фоновой подсветки полупроводника через модулирующий слой, невысокой яркостью изображения из-за потерь света в делительном кубике и поглощения части считывающего излучения в полупроводнике.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для псевдоцветного преобразования изображений, содержащее последовательно оптически связанные источник белого света, конденсатор. пленочный поляризационный элемент, светоделительный кубик, жидкокристаллический пространственновременной модулятор света с исходным изображением, пленочный поляризационный анализатор. обьектив и экран, В этом устройстве свет считывания от источника белого света проходит через конденсатор, пленочный поляризационный фильтр, линзу и делительный кубик, затем проходит через модулирующий жидкокристаллический слой пространственно-временного модулятора света, отражается от диэлектрического зеркала, расположенного между фоточувствительным слоем и жидким кристаллом, снова проходит через жидкий кристалл, поляризационный анализатор и с помощью объектива проецируется на экран, где формируется псевдоцветное изображение.

Недостатком данного устройства является его низкая чувствительность ко входным засветкам, а также низкая частота цветов в формируемом устройством изображении. Чувствительность данного устройства значительно ниже, чем чувствительность основного элемента — пространственновременного модулятора света. Этот недостаток проявляется в том, что при малых входных засветках формируемое устройством псевдоцветное изображение имеет белый цвет и практически нулевой цветовой контраст, то есть неразличимо для глаза.

Обьясняется это тем, что при малых интенсивностях входных сигналов, поступающих в устройство, к слою жидкого кристалла прикладываются малые напряжения, Но в области малых напряжений, т.е. на своем начальном участке, кривая, отражающая зависимость цветйости излучения, прошедшего жидкокристаллический слой, от приложенного к ячейке напряжения, лежит в области белого цвета, чисто .а цвета в данной области равна нулю, окрашивания излучения, прошедшего слой жидкого кристалла, не происходит. Таким образом, в области малых входных засветок устройство не выполняет своей основной функции, не преобразует черно-белые входные изображения в псевдоцветные. Наличие этого недостатка связано, главным образом, с использованием для получения псевдоцветного изображения источника белого света, имеющего непрерывный спектр излучения.

Ввиду непрерывности спектра в формировании псевдоцветного изображения участвуют как основные, так и дополнительные цвета, что, как известно, при их обьединении г;риводит к уменьшению воспринимаемой чистоты цвета, а при некоторых соотношениях интенсивностей — к полной взаимной нейтрализации, чистота цвета становится равной нулю, что и имеет место в данном устройстве в режимах низких входных засветок, Это ограничивает снизу динамический диапазон преобразуемых интенсивностей, Целью изобретения является расширение диапазона преобразуемых интенсивностей.

Для этого в устройстве, содержащем последовательно оптически связанные источник белого света,конденсор, светоделительный элемент в виде двух прозрачных прямоугольных призм, обращенных друг к другу основаниями, пространственно-временной модулятор света для записи чернобелого изображения, объектив и экран, между основаниями призм расположены последовательно оптически связанные и разделенные между собой прозрачными пластинами три планарно ориентированных слоя холестерического жидкого кристалла, первый из которых имеет максимум селективного отражения в синей, другой в красной, а третий — в зеленой области спектра.

На чертеже дано схематическое изображение устройства.

Оно состоит из источника белого света

1, конденсора 2, светоделительного элемента, состоящего из первой прямоугольной прозрачной призмы 3, планарно ориентированного слоя холестерического жидкого кристалла с максимумом селективного отражения в синей области спектра 4, первой прозрачной пластины 5, планарно ориентированного слоя холестерического жидкого кристалла с максимумом селективного отражения в красной области спектра

6, второй прозрачной пластины 7, планарно ориентированного слоя холестерического жидкого кристалла с максимумом селективного отражения в зеленой области спектра

1775711

10

55

8, второй прямоугольной прозрачной призмы 9, пространственно-временного модулятора света 10, обьектива 11, экрана 12. В качестве пространственно-временного модулятора света может использоваться жидкокристаллический пространственновременной модулятор света со структурой металл — диэлектрик-полупроводник — жидк— ий кристалл на основе полуизолирующего арсенида галлия и нематического жидкого кристалла.

Принцип действия устройства заключается в следующем.

При воздействии входного изображения, поступающего, например, с электронно-лучевой трубки, в электрооптическом слое пространственно-времен ного модулятора света формируется рельеф показателя преломления в соответствии с распределением яркости во входном изображении.

Считывание этого рельефа осуществляется излучением от источника белого света 1 через конденсор 2, светоделительный элемент 3—

9. Проходя через светоделительный элемент, излучение отражается от каждого из селективно отражающих планарно ориентированных слоев холестерического жидкого кристалла по закону селективного отражения, причем от слоя 4 отражается лишь та часть из непрерывного спектра излучения источника белого света, которая по своему спектральному составу соответствует спектру коэффициента селективного отражения этого слоя, то есть лежит в синей области и имеет циркулярную поляризацию, по направлению совпадающую с направлением закрутки спирали холестерического жидкого кристалла, остальная часть излучения беспрепятственно проходит через слой 4. Аналогичным образом от слоев 6 и 8 отражается циркулярно поляризованное излучение соответственно красной и зеленой областей спектра с направлением поляризации, совпадающим с направлением закрутки спирали холестерического жидкого кристалла..Излучение других длин волн и других видов поляризации.беспрепятственно проходит через все слои и выходит за пределы устройства. Отраженное от светоделительного элемента излучение проходит через электрооптический слой пространственно — временного модулятора света, затем отражается от диэлектрического зеркала модулятора, при этом изменяет знак поляризации на противоположный, во второй раз проходит через электрооптический слой и вновь поступает на светоделительный элемент, который для данного направления распространения излучения играет роль анализатора. частично проходит через него и через объектив 11 попадает на экран 12. При прохождении через электрооптический слой модулятора излучение приобретает пространственную и временную модуляцию в соответствии с распределением яркости во входном изображении, в результате которой в пространстве и времени изменяется вид поляризации от циркулярной до линейной, в общем случае — эллиптической, может изменяться и знак поляризации, При попадании на светоделительный элемент промодулированного излучения от каждого из слоев отражается в сторону источника света только та часть излучения, которая сохранила циркулярную поляризацию, совпадающую по знаку со знаком закрутки холестерической спирали соответствующего слоя жидкого кристалла. Остальная часть излучения проходит через светоделительный элемент и попадает на обьектив и экран. Так как степень модуляции, а следовательно, и характер поляризации определяются входным изображением, то соответственно и пространственное распределение интенсивности излучения, отраженного светоделительным элементом в сторону источника света, будет зависеть от пространственного распределения яркости во входном изображении. Тогда по принципу дополнительности пространственное распределение интенсивности излучения, прошедшего через светоделительный элемент и участвующего в формировании псевдоцветного изображения на экране 12, также будет определяться входным изображением, При этом в отличии от прототипа в предлагаемом устройстве псевдоцветное изображение формируется не всеми составляющими спектра излучения источника, а лишь тремя основными цветами по методу субтрактивного смешивания цветов.

Роль субтрактивного фильтра играет MHol o слойный светоделительный элемент. Таким образом, из спектра излучения. формирующего псевдоцветное изображение, удаляются дополнительные цвета, благодаря чему повышается чистота цветов этого изображения из-за использования слоя, селективно отражающего в синей области спектра и, следовательно, участия синих спектральных составляющих в формировании изображения, расширяется цветовой охват. Поэтому характеристика цветности предлагаемого устройства, которая у прототипа при малых интенсивностях входных засветок располагается целиком в области белого цвета, что делает формируемое изображение неразличимым для глаза, в дан1775711 ном случае будет располагаться уже вне этой области, Это позволяет эффективно осуществлять псевдоцветное преобразование иэображений при низких уровнях интенсивностей входных сигналов, т,е, предлагаемое устройство по сравнению с прототипом имеет более высокую чувствительность, Таким образом, введение в устройство для преобразования черно-белых изображений в псевдоцветные многослойного светоделительного элемента, изготовленного на основе планарно ориентированных слоев холестерического жидкого кристалла, осуществляющих циркулярную поляризацию и селективное отражение в синей, красной и зеленой областях спектра позволяет расширить диапазон преобразуемых интенсивностей.

Пространственно-временной модулятор света выполнен в виде многослойной структуры металл-диэлектрик — полупроводник-жидкий кристалл на основе полуизолирующего арсенида галлия и нематического жидкого кристалла ЖК вЂ” 654, источником белого света является лампа накаливания.

Светоделительный элемент представляет собой три последовательно оптически связанных слоя планарно ориентированного холестерического жидкого кристалла, заключенные между основаниями стеклянных прямоугольных призм, разделенные между собой прозрачными пластинами (поз.3 — 9), слой 4 представляет собой смесь 60 холестерилолеата и 40;/, ЖК-807 толщиной 20 мкм с максимумом селективного отражения на длине волны 0,45 мкм, шириной полосы

0,03-0,04 мкм, слой 6 представляет собой смесь 507 холестерилолеата и 507ь ЖК вЂ” 807 толщиной 20 мкм с максимумом селективного отражения на длине волны 0,65 мкм, шириной полосы 0,03-0.04 мкм, слой 8 представляет собой смесь 557 холестерилолеата и 45Я, ЖК-807 толщиной 20 мкм с максимумом селективного отражения на длине волны 0,55 мкм, шириной полосы

0,03-0,04 мкм. На входе ПВМС установлен черно-белый слайд с изображением градационного клина стандартной телевиэиан5 ной таблицы. Источником входной засветки является стандартная лампа накаливания мощностью SO Вт. Уровень минимальной входной засветки, позволяющей осущест- вить псевдоцветное преобразование черно10 белого изображения в поедлагаемом устройстве, равен 10 Втlсм . Уровень минимальной входной засветки в устройстве по прототипу составил 10 Втlсм .

Таким образом, использование изобре15 тения позволит снизить уровень минимальной входной засветки практически в 10 раз, то есть расширить диапазон преобразуемых интенсивностей примерно на порядок, Это позволит осуществить дешифрирование

20 иэображений, содержащих затемненные малоконтрастные детали, что часто имеет место в медицинских рентгеновских снимках.

25 ©ормула изобретения

Устройство для преобразования чернобелых иэображений в псевдоцветные, содержащее последовательно оптически связанные источник белового света, кон30 денсатор, светоделительный элемент в виде двух прозрачных прямоугольных призм, обращенных одна к другой основаниями, пространственно-временной модулятор света для записи черно-белого изображения, объ35 ективиэкран,отличающееся тем, что, с целью расширения диапазона преобразуемых интенсивностей, между основаниями призм последовательно расположены оптически связанные и разделен40 ные между собой прозрачными пластинами три планарно ориентированных слоя холестерического жидкдго кристалла, один иэ которых имеет максимум селективного отражения в синей, другой — в красной, а тре45 тий — в зеленой областях спектра, 1775711

Составитель Л.Медведева

Техред M.Mîðãåíòàë Корректор Н,Гунько

Редактор

Заказ 4034 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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