Устройство преобразования видеотелевизионных изображений в голографические

 

Изобретение относится к оптоэлектроникп и может быть использовано для преобразования видеотелевизионных изображений в голографические. Сущность изобретения: устройство содержит электронно-лучевой модулятор света, на оптическом выходе которого установлен блок формирования объектного пучка, обеспечивающий преобразование ракурсов изображений в сагиттальной плоскости от сигналов управления, приходящих с блока управляющих сигналов, вырабатывающего также сигналы для управления электронно-лучевым модулятором света, лазером и лентопротяжным механизмом на основе приходящих с видеомагнитофона на его вход сигналов кода номера ракурса в кадре и номера кадра. 1 з.п.ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к преобразованию видеотелевизионных изображений в голографические и может быть использовано, в частности, при исследованиях в космической технике.

Известно устройство преобразования видеотелевизионных изображений в голографические посредством получения первичного изображения на фотопленке фотографированием с экрана кинескопа с последующим голографированием двух и более транспарантов, описанное в известной работе.

Недостатком его является низкое качество изображения голограмм при преобразовании видеотелевизионных изображений в голографические и низкая производительность труда.

Известно также устройство преобразования видеотелевизионных изображений в голографические, содержащее последовательно соединенные видеомагнитофон, видеосигнал с которого поступает на электронную оптику, которая модулирует электронный луч, обеспечивая запись первичных изображений на монохромной фотопленке в вакууме, которые далее голографируются /прототип/.

Недостатком его является низкое качество изображений голограмм при преобразовании видеотелевизионных изображений в голографические, низкая производительность труда, а также наличие сложного технологического процесса записи первичных изображений на фотопленке в вакууме с последующим "мокрым" процессом фотохимической обработки.

Указанная задача решается тем, что устройство преобразования видеотелевизионных изображений в голографические содержит последовательно соединенные видеомагнитофон, видеосигнал с которого поступает на электронную оптику, которая модулирует электронный луч, обеспечивая запись первичных изображений, которые с помощью лазера и делительного зеркала голографируются на фотопленке, двигающейся стартстопно лентопротяжным механизмом, запись первичных изображений выполняется в электронно-лучевом модуляторе света, на оптическом выходе которого установлен блок формирования объектного пучка, обеспечивающий преобразование в сагиттальной плоскости каждого i-го ракурса изображения по углу Θ_i, , кроме Θ_i= 0 ширине изображения, как L_i= L·cosΘ_i, в оптической системе, состоящей для каждого i-го ракурса изображения из плоского зеркала и цилиндрического выпуклого зеркала с радиусом R_i, равным где L - ширина голограммы, M_i - расстояние по оси от экрана электронно-лучевого модулятора до оптического центра цилиндрического выпуклого зеркала, оптическая система из плоского и цилиндрического выпуклого зеркал сменяется при переходе на следующий ракурс изображения по сигналу, поступающему с блока управляющих сигналов на блок формирования объектного пучка, причем, сигнал кода номера ракурса в кадре и номера кадра с видеомагнитофона поступает на вход блока управляющих сигналов, обеспечивающего выработку управляющих сигналов для управления зеркалами блока формирования объектного пучка, записью и стиранием первичного изображений в электронно-лучевом модуляторе света, включением и отключением излучения лазера при записи многоракурсных синтезируемых голограмм по схеме Ю.Н. Денисюка и лентопротяжного механизма.

Анализ научно-технической литературы показал, что отсутствуют устройства с указанной совокупностью признаков. Следовательно, предложение отвечает критерию "новизна".

Кроме того, цель изобретения достигается всей введенной совокупностью существенных признаков, которая в указанном сочетании не обнаружена. Поэтому предложение отвечает критерию "Существенные отличия".

На фиг.1 представлена блок-схема предлагаемого устройства преобразования видеотелевизионных изображений в многоракурсные синтезированные голограммы; на фиг.2 - оптическая часть устройства фиг.1 в сагиттальном сечении при угле падения объективного пучка Θ_i = 0° . На фиг.3 - оптическая часть устройства фиг.1 в сагиттальном сечении при угле падения объектного пучка Θ_i = -30°. .

Устройство содержит последовательно соединенные видеомагнитофон 1, блок 2 управляющих сигналов, электронно-лучевой модулятор 3 света, лазер 4, делительное зеркало 5, поляроид-делитель 6, блок 7 формирования объектного пучка, фотопленка 8, лентопротяжный механизм 9, отражательное зеркало 10. Кроме того, показаны составные элементы электронно-лучевого модулятора 3 света, такие как: электронная оптика 11 записывающей электронной пушки 12, экран 13, флюоритовая подложка 14, электронная оптика 15 стирающей электронной пушки 16. Представлены составные элементы блока 7 формирования объектного пучка: плоские зеркала 17i и цилиндрические выпуклые зеркала 18i, объединенные в оптическую систему 19i. Здесь i = 1, 2, ... n, где m - число ракурсов, записанных на голограмме. Лазерные пучки обозначены цифрами 20 - 25, опорный пучок 27 и объектный пучок 18i.

Элементы 1 - 10 являются стандартными устройствами электронной техники. Используется массовый многодорожечный видеомагнитофон 1. Блок 2 управляющих сигналов построен на стандартных электротехнических решениях с использованием широкоприменяемых радиотехнических элементов. Электронно-лучевой модулятор 3 света представляет собой серийный прибор оптоэлектроники, например, типа "Титус". Принцип действия описан, например, в кн. Васильева А.А., Касасента Д., Компанеца И.Н., Парфенова А.Б., Пространственные модуляторы света, М.: Радио и связь, 1987, с. 53-58. Лазер 4 является мощным одномодовым лазером, выпускаемым промышленностью. Делительное зеркало 5 представляет собой частично-прозрачное зеркало. Поляроид-делитель 6 является оптическим прибором, принцип действия которого описан, например, в кн. Лансберга Г.С., Оптика, М.: Наука, 1976, с. 479, с. 516. Блок 7 формирования объектного пучка представляет собой оптомеханическое устройство, построенное на стандартных технических решениях, описанных, например, в кн. Лансберга Г.С., Оптика. М.: Наука, 1976, с. 284. В качестве фотопленки 8 используется специализированная фотопленка для записи голограмм на встроенных интерферирующих пусках, например, типа ФП-ГТ. Характеристики ее представлены в кн. Журбы Ю.И., Краткий справочник по фотографическим процессам и материалам. М.: Искусство, 1991, с. 97. В качестве лентопротяжного механизма 9 используется выпускаемый промышленностью механизм стартотопного перемещения фотопленки. Отражательное зеркало 10 является общеприменяемым.

Работает устройство следующим образом.

С видеомагнитофона 1 видеосигнал поступает на электронную оптику 11 записывающей электронной пушки 12 и модулирует ее электронный луч. Этот электронный луч пишет на кране 13 электронное изображение объекта в виде распределения вариантов на его поверхности.

Экран 13 выполнен из электрооптического монокристалла дидейтерофосфата калия (ДКДП), обладающего наводимым двулучепреломлением от заряда электронного луча. Кристалл вырезан по Z-срезу. Лазерный пучок 23, имеющий линейную поляризацию, от лазера 4 проходит делительное зеркало 5, поляроид-делитель 6 и экран 13. Далее отражается от флюоритовой подложки 14 и двигается в обратном направлении в виде лазерного пучка 24. Плоскополяризованный лазерный пучок 23, проходя дважды кристалл ДКДП экрана 13, преобразуется в две когерентные волны: обыкновенную и необыкновенную, распространяющиеся с различной скоростью. Эти волны из-за двоякопреломляемости кристалла приобретают разность фаз, определяемую поверхностным зарядом электронного изображения на экране 13. Так как колебания в этих волнах взаимно перпендикулярны, то они ведут к образованию эллиптически-поляризованного света в лазерном пучке 24. Поляроид-делитель 6 имеет скрещенный поляроид и поэтому через него проходит только необыкновенная волна, формирующая изображение объекта.

Далее лазерный пучок 25 поступает в блок 7 формирования объектного пучка 28i. При записи многоракурсной синтезированной голограммы объектный пучок 28i каждого i-го ракурса изображения имеет определенный угол падения Θ_i на фотопленку 8 и определенную ширину изображения СВ в точке M пересечения оптической оси MS с фотопленкой 8. Обозначим ее как СВ = L_i. Ширину AE кадра голограммы обозначим EA = L. Тогда из ΔACM и ΔMEB ширина изображения L_i будет L_i= L cosΘ_i (1) Угол падения Θ_i и ширина изображения L_i имеют определенное значение для каждого I-го ракурса. Изменение этих параметров от ракурса к ракурсу выполняется в блоке 7 формирования объектного пучка 28i по команде с блока 2 управляющих сигналов. Оптическое преобразование лазерного пучка 25 выполняется с помощью плоского зеркала 17i и выпуклого цилиндрического зеркала 18i. Плоское зеркало 17i выполняет изменение направления лазерного пучка 25 на угол 2 α_i, , преобразовывая, тем самым, его в лазерный пучок 26i. Выпуклое цилиндрическое зеркало 18i поворачивает лазерный пучок 26i на угол 2 ϕ_i и выполняет необходимое изменение ширины в соответствии с зависимостью (1), превращая его, тем самым, в лазерный пучок 28i. Выпуклое цилиндрическое зеркало 18i формирует мнимое изображение ракурса. Радиус его определяется из формулы зеркала (см. например, кн. Лансберг Г.С., Оптика. М.: Наука, 1976, с. 284, формула 72.5) как Здесь M_i - расстояние от оптического центра S по оси до точки D, т.е. SO + OD.

Как видно из зависимости (2), при переходе от i-го ракурса к (i+1)-ому ракурсу радиус выпуклого цилиндрического зеркала 18i меняется. Поэтому в блоке 7 формирования объектного пучка 28i производится включение в оптическую схему другого выпуклого цилиндрического зеркала 18i+1 со своими значениями R_i+1 и ϕ_i+1 . Кроме того, из конструктивных соображений необходимо менять и угол α_i наклона плоскости зеркала 17i. Поэтому зеркала 17i и 18i объединены в единую оптическую систему 19i, которая индивидуально включается при записи i-го ракурса изображения. Тем самым, обеспечивается запись n-го количества ракурсов в диапазоне углов Θ_i от -90^o до +90^o. Опорный пучок 27 формируется из лазерного пучка 22 с помощью отражательного зеркала 10. Объектный пучок 28i интерферирует с опорным пучком 27 в плоскости фотопленки 8. Интерференционное поле экспонирует фотослой и после химико-фотографической обработки фотопленки на ней образуются голограммы.

В блоке 2 управляющих сигналов вырабатываются управляющие команды, которые поступают на электронно-лучевой модулятор 3 света для управления записью и стиранием изображений на экране 13, на лазер 4 для включения его на время экспозиции голограммы, на лентопротяжный механизм 9 для стартстопного перемещения фотопленки на блок 7 формирования объектного пучка 28i по углу падения Θ_i и ширине L_i путем включения соответствующей оптической системы 19i.

В видеомагнитофон 1 заряжается магнитная лента с двумя дорожка. На одной дорожке записан видеосигнал изображений ракурсов. На другой дорожке записаны коды номера ракурса изображения в кадре и номера кадра на фотопленке 8. На основе этих кодов в блоке 2 управляющих сигналов вырабатываются необходимые управляющие команды.

Как видно, предлагаемое устройство является автоматом, преобразующим видеотелевизионные изображения в голографические. Магнитная лента несет видеосигнал и необходимые коды. В процессе работы видеосигнал преобразуется в многоракурсные синтезированные голограммы, а коды обеспечивают синхронную работу блоков предлагаемого устройства.

Дадим численные примеры увеличением качества многоракурсных синтезированных голограмм. Основной зависимостью, характеризующей качество восприятия, принято считать линейную зависимость количества полученной информации зрительным анализатором оператора от времени опознания t. Эта зависимость подробно описана в кг. Глезера В.Д., Зрение и мышление. Л.: Наука, 1985, с. 155. Среднее количество информации, полученной за данное время представления оператору, находится как
J = H(x) + H(y) - H(x,y).

Здесь
H(x) = -Σ P(x)log P(x) - энтропия распределения вероятностей P(x) представляемых изображений, H(y) = -Σ P(y)log P(y) - энтропия распределения вероятностей P(y) ответов оператора, H(x,y) = -Σ P(x,y)log P(x,y) - энтропия распределения вероятностей совместного появления ответа Y оператора и изображения X. Эти величины вычисляются по матрицам, входами которых являются предъявляемые изображения и ответы оператора.

Из зависимости (3) следует, что для опознания объекта, оператор должен получить определенный объем информации. Чем больший объем информации будет представлен оператору, тем быстрее он опознает объект. Эту зависимость опроксимируют как линейную. Если время опознания моноизображения принять за единицу, то для n-ракурсного изображения время опознания объекта будет около 1/n, т.е. время опознания объекта меньше, и соответственно, большая вероятность его правильного опознания и оно воспринимается оператором, как более высокого качества.

Покажем, что предлагаемое устройство обладает большей производительностью труда по сравнению с устройствами, взятыми за прототип и аналог. Последние два устройства имеют при получении первичных изображений "мокрую" химико-фотографическую обработку. Это является очень большим недостатком в массовом и серийном производстве, т.к. существенно снижает производительность труда. Предлагаемое устройство не содержит "мокрого" процесса. Первичное изображение записывается на экране 18 электронно-лучевого модулятора 3 света и после голографирования отирается. Кроме того, оно является полностью автоматизированным. Содержащиеся на магнитной ленте видеомагнитофона 1 коды номера ракурса изображения в кадре и номера кадра на фотопленке 8 полностью управляют процессом многоракурсной синтезированной записи голограммы, т.е. делают предлагаемое устройство полностью автоматизированным. Такое устройство обладает, несомненно, большей производительностью труда, чем аналог и прототип.

Промышленное применение предлагаемого устройства относится к области преобразования видеотелевизионных изображений в голографические. В частности, оно может быть использовано при исследованиях в космической технике при анализе обстановки на летательных аппаратах операторами, находящимися на Земле. Кроме того, может быть применено в научно-исследовательских и практических работах в ситуациях, когда требуется увеличить распознаваемость объектов по их изображениям в различных областях науки и техники.

Формула изобретения

1. Устройство преобразования видеотелевизионных изображений в голографические, содержащее последовательно соединенные видеомагнитофон, видеосигнал с которого поступает на электронную оптику, которая модулирует электронный луч, обеспечивая запись первичных изображений, которые с помощью лазера и делительного зеркала голографируются на фотопленке, двигающейся стартстопно лентопротяжным механизмом, отличающееся тем, что запись первичных изображений выполняется в электронно-лучевом модуляторе света, на оптическом выходе которого установлен блок формирования объектного пучка, обеспечивающий преобразование в сагиттальной плоскости каждого i-го ракурса изображения по углу Θ_i , кроме Θ_i= 0, и ширине изображения, как L_i= LcosΘ_i в оптической системе, состоящей для каждого i-го ракурса изображения из плоского зеркала и цилиндрического выпуклого зеркала с радиусом R_i, равным

где L - ширина кадра голограммы;
М_i - расстояние по оси от экрана электронно-лучевого модулятора света до оптического центра цилиндрического выпуклого зеркала,
оптическая система из плоского и цилиндрического выпуклого зеркала сменяется при переходе на слудующий ракурс изображения по сигналу, поступающему с блока управляющих сигналов на блок формирования объектного пучка, причем сигнал кода ракурса в кадре и номера кадра с видеомагнитофона поступает на вход блока управляющих сигналов.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок управляющих сигналов обеспечивает выработку сигналов для управления зеркалами блока формирования объектного пучка, записью и стиранием первичных изображений в электронно-лучевом модуляторе света, включением и отключением излучения лазера при записи многоракурсных синтезированных голограмм по схеме Ю.Н.Денисюка и лентопротяжного механизма.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3