Способ визуализации оптических неоднородностей
Владельцы патента RU 2621620:
Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") (RU)
Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" (ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ") (RU)
Изобретение относится к области оптических измерений и касается способа визуализации оптических неоднородностей. Способ включает в себя регистрацию по крайней мере двух изображений фонового экрана при наличии оптической неоднородности в кадре. Структура экрана содержит множество мелких деталей с высоким оптическим контрастом, Обработку полученных изображений производят путем вычитания по модулю двух изображений оптической неоднородности, в которых имеется смещение границ регистрируемой неоднородности на величину, превышающую значение разрешения оптического регистратора. Технически результат заключается в повышении точности и увеличении быстродействия. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к оптике, а именно к способам и устройствам для визуализации оптических неоднородностей в прозрачных средах, и может быть использовано для визуализации воздушных ударных волн.
Известны способы получения изображения оптических неоднородностей в прозрачных средах (Герасимов С.И., Файков Ю.И. Теневое фотографирование в расходящемся пучке света. Саров: ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ», 2010 г.).
Недостатком известных способов и различных модификаций устройств, их реализующих, является узкий диапазон применимости, обусловленный особенностями схем регистрации (наличие точечного источника света, отсутствие внешних подсветок) и невозможность применения при исследовании макроскопических объектов.
Наиболее близким к заявляемому способу является способ визуализации потока, описанный в автореферате на соискание ученой степени кандидата технических наук: «Аппаратно-программный комплекс теневого фонового метода для натурных исследований» А.В. Удалов. Москва, 2010 г., основанный на сравнении исходного и искаженного изображений структурированных фоновых экранов. Чтобы выполнить визуализацию потока (оптической неоднородности), обычно берутся два снимка фонового экрана со структурой с множеством мелких неповторяющихся деталей и высоким оптическим контрастом. Одно из этих изображений регистрируется, когда в канале передачи нет возмущений. На другом снимке среда в канале передачи возмущена (включает интересующие нас неоднородности). Далее выполняется обработка этих двух изображений на основе кросскорреляционного метода. Данный способ выбран в качестве прототипа.
Недостатком данного способа, в основе которого лежит кросскорреляционный алгоритм, с точки зрения визуализации, является недостаточная точность определения границ неоднородности, а также наличие фонового экрана с неповторяющимися контрастными элементами.
Решаемой технической задачей является создание простого, пригодного к использованию в полигонных условиях способа оптической регистрации, позволяющего визуализировать оптические неоднородности как микро-, так и макроскопических размеров, а также определять их границы.
Ожидаемый технический результат заключается в возможности в полигонных условиях проводить экспресс-оценку границ оптической неоднородности, а также в повышении точности и увеличении быстродействия.
Технический результат достигается за счет того, что согласно заявляемому способу, включающему оптическую регистрацию изображений фонового экрана со структурой множества мелких деталей с высоким оптическим контрастом, одно из которых регистрируют при наличии оптической неоднородности в кадре, последующую обработку полученных изображений, в отличие от прототипа регистрируют по крайней мере два изображения фонового экрана при наличии оптической неоднородности в кадре, при этом обработку полученных изображений производят путем вычитания по модулю двух изображений оптической неоднородности, в которых имеется смещение границ регистрируемой неоднородности на величину, превышающую значение разрешения оптического регистратора.
В заявляемом способе во время регистрации изображений может производиться подсветка фонового экрана по крайней мере одним импульсным источником света.
Вычитание по модулю двух изображений оптической неоднородности, в которых имеется смещение границ регистрируемой неоднородности на величину, превышающую значение разрешения оптического регистратора, позволяет визуализировать оптические неоднородности, когда отсутствует возможность зарегистрировать фоновый экран без оптической неоднородности.
Заявляемый способ поясняется чертежами. На фиг. 1 изображена схема регистрации, поясняющая заявляемый способ, на фиг. 2 изображены кадры, полученные с помощью оптического регистратора, на фиг. 3 изображена обработка изображения согласно заявляемому способу.
Заявляемый способ осуществляется следующим образом.
При проведении взрывных и аэробаллистических экспериментов на открытых площадках для визуализации оптических неоднородностей, воздушных ударных волн, в частности, производят оптическую регистрацию с помощью оптического регистратора 4 по крайней мере двух изображений фонового экрана 1 искусственно сгенерированного или естественного фона со структурой множества мелких деталей с высоким оптическим контрастом.
Во время оптической регистрации при недостаточном освещении, а также для уменьшения времени экспозиции может быть осуществлена подсветка фонового экрана 1 с помощью по крайней мере одного импульсного источника света 3.
При осуществления заявляемого способа, по крайней мере, два изображения I2, I3 фонового экрана 1 регистрируют при наличии оптической неоднородности 2 в кадре. Дальнейшая обработка полученных изображений (Фиг. 3) заключается в вычитании по модулю двух изображений I2, I3, на которых присутствует оптическая неоднородность, и при этом имеется смещение ее границ на величину, превышающую разрешение оптического регистратора. Результатом является изображение с темными и светлыми областями, причем светлые - это области исследуемой среды, которые претерпели изменение (смещение, изменение показателя преломления).
Таким образом, заявляемый способ пригоден для использования в полигонных условиях, позволяет визуализировать оптические неоднородности как микро-, так и макроскопических размеров, а также определять их границы. Наличие импульсных источников света позволяет производить регистрацию при недостаточном освещении, а также позволяет уменьшить время экспозиции, что является актуальным при регистрации быстропротекающих процессов. Простой алгоритм обработки позволяет проводить визуализацию и производить экспресс- анализ полученной информации непосредственно сразу после проведения оптической регистрации.
1. Способ визуализации оптических неоднородностей, включающий оптическую регистрацию изображений фонового экрана со структурой множества мелких деталей с высоким оптическим контрастом, одно из которых регистрируют при наличии оптической неоднородности в кадре, последующую обработку полученных изображений, отличающийся тем, что регистрируют по крайней мере два изображения фонового экрана при наличии оптической неоднородности в кадре, при этом обработку полученных изображений производят путем вычитания по модулю двух изображений оптической неоднородности, в которых имеется смещение границ регистрируемой неоднородности на величину, превышающую значение разрешения оптического регистратора.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что во время регистрации изображений производят подсветку фонового экрана по крайней мере одним импульсным источником света.
