Устройство для оптической пространственнойфильтрации

 

(72) Авторы изобретения

А. Ф. Колесниченко, С, В. Левый и Е, К. Шмарев

Киевский ордена Ленина политехнический институт им. 50-летия

Великой Октябрьской социалистической революции ! (7I ) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПТИЧЕСКОЙ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ

ФИЛЬТРАЦИИ

Изобретение относится к технике. обработки информации в когерентных оптических системах, а в частности, к устройствам, предназначенным для осуществления пространственной фильтраS цни и корреляционного анализа!изображений н сигналов, Известны когерентные оптические системы для пространственной фильтрации и вычисления корреляционных функций на основе головографических филь10 тров или синтезируеьы с на ЦВМ амплитудных транспорантов fi. 2)., Наиболее близкой к предлагаемому устройству является управляемая вычислительной мааиной фильтрующая сис15 тема с модулятором типа ПРОИ, установ ленным в плоскости преобразования

:Фурье (ЗД, В этой системе на электрооптичасL, «ом модуляторе типа ПРОИ с последовательно расположенньаа анализатором, находящимся в пространственно-частотной плоскости фильтрации, узким лазерньв

2 пучком, адресуемж и модулируемым по интенсивности от ЭВИ, записывается требуемая функция амплитудного пропускания пространственного фильтра, Недостатком известного устройства является то, что оно не позволяет осуществлять фильтрацию изображений комплекснымипередаточными функциями (ПРОИ санализатором действуеткак амплитудой фильтр, что существенно сужает его функциональные возможности.

Цель изобретения « расширение функциональных возможностей устройства путем осуществления пространственного фильтра с комплексной передаточной функцией.

Это достигается тем, что в устройство для оптической пространственной

Фильтрации, содержащее оптически связанные расположенные .на одной оптической оси первый лазер, Йоллиматар, входной пространственный модулятор света, объектив прямого преобразования Фурье первый светоделитель, оптически свя3 ?473 занный с первым амплитупным модулятором, первый пространственный модулятор света (ПМС) ПРОМ, поляризатор, ось пропускания которого ориентирована под углом 45 к главным осям перо ваго ПМС ПРОИ, и объектив обратного преобразования Фурье, расположенныена,,другой оптической. оси второй лазер и дефлектор, введены последовательно расположенные второй ПМС ПРОИ, одна 10 из гпавных оптических осей которого параллельна оси пропускания поляризатора, и второй светоделитель, расположенные между поляризатором и объективом обратного преобразования Фурье, !5 второй амплитудный модулятор, оптически связанный со вторым светоделителем, и последовательно расположенные,третий светоделитель, оптически связанный с дефлектором и первым амплитудным 20 модулятором, и зеркало, оптически связанное со вторым амплитудным модулятором, 31 4 виде двух массивов А(щ)Х,(И ) я} (1И 1д ), которые определяются соотношениями

A(wÄ,ш„}=агюст„,н } V (Юа, }

Ч (}х " ) ""<"}х (8>)= !rotg (} } ) Ь }y) Значения этих массивав выводятся синхронно на амплитудные модуляторы

16, 17 и с помощью светового луча от лазера 12 отображаются в виде растрироваыных изображений на пространственные модуляторы 7, 9 типа ПРОИ, В результате того, что кристалл ПРОМ ориентирован под углом 45 к направлению о поляризации излучения лазера 1, его пропускание совместно с поляризатором

8, ориентированным перпендикулярно направле1}}ию поляризации подающего излучения, будет описываться выражением Л

17(МХ,и )=Д эи — и r E„(®x,®y), На чертеже приведена функциональная 5

25 схема устройства.

Устройство для оптической пространственной фильтрации содержит первый лазер 1, коллиматор из объективом 2 и

3, входнс}й пространственный модулятор

4 света, объектив 5 прямого преобразования Фурье, первый светоделитель б, пространственнь1й модулятор 7 света типа ПРОИ. поляризатор 8, второй пространственный модулятор 9 света типа

ПРОИ, второй светоделитель 10, объектив 11 обратного преобразования Фурье, второй лазер 12 и расположенные на его оптической оси дефлектор;. 13, третий светоделитель 14 поворотное зер40

У кало 15 амплитудные модуляторы 16 и и!7

На чертеже также изображены плоскость 18 выходного изображения опти45 ческие элементы 191, 20 формирования записывакнпих световых пучков, элек тронно-вычислительная управляющая машина 21.

Устройство работает следующим образом.

Если необходимо осущЕствить фильтрацию входного изображения, заданно

Н8 модуляторе 4 в виде функции 9О Б5 йускаНия f (Х,и ) комплексной переда точной функциейФ(юрЮу)М1(Ю g y Жу) +

+) 1l$ }Ug,1 то в цифровом блоке комплексная функция представляется в где . — длина волны, п0- показатель преломления, г — электрооптический коэффициент кристалла, Е.1((0„,(й)- поле приложенных к кристаллу напряжений, Так как функция Е (Ы}Х, Ю ) определяется полем экспозиции света, формируемым мо дулятором 17 совместно с дефлектором

13, то при определенном под{зоре коэф. фщиентов результирующее пропускание

ПРОИ будет

0 (М,01}g)=A091D R (0}}y,лу) =1Ф ФХФЬ4

Так как ориентация одной из главных адей ПРОМа 9 совпадает с поляризацией излучения после поляризатора 8, то

ПРОИ 9работает как фазовый модулятор, } г

Его пропускание описывается функцией

У <в„,и }=енр р -н гЕ (м„,ю„),, Г Х где, как и в предыдущем случае 64,иф после приложенных к кристаллу напряжений,. Однако, теперь функция определя ется.полем экспозиции света, формируемым модулятором 17, и соответствует второму цифровому массиву, задающему функцию {Юу а ) Е =КЧ(щ,а ) . При выборе коэффициентов таким образом, чтоСн фааа негбфаьвН}, наненннась е пре дйлах Π— 23 получим р что

О (, )®Ц („1„, 31 (3(,Юу,(юу)= 1-(Щ,Фу) Y(&iЩ() i

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1, Патент Франции 9 2211147, кл. G 06 К 9/00, опублик. 1974.

2, Патент США У 351.0223, кл, НКИ 356-71, опублик. 1970.

3, ТИИэР, 1977, т. 65, 11) 1, с. 87 .-Устройство для оптической простран- ( ственной фильтрации, содержащее опти- 45 (прототип).

5 7473

В итоге сложный фильтр, состоящий из модуляторов 7, 9 и поляризатора 8, будет реализовать искомую комплексную передаточную функцию и его пропускание будет 5

Если на входном пространственном модуляторе задано изображение f (Я;g ) 0 то в плоскости за фильтром после кои» плексной амплитуды света будет где F (ах,в) пространственный фурьеспектр функции Г (Q+) g(® i )

После выполнения обратного Фурьепреобразования объективом 11 в плоскости 18 будет сформировано поле K(X,q ) комплексной амплитуды света. соответствующее сверткефункции f (X,g ) и импульсного отклика синтеэируемого фильтра Х х ) g .

С0 25

Введение новых элементов и связей между ними позволило существенно рас- зв ширить функциональные возможности устройства, оптической фильтрации изображений и сигналов. Применение устройства для целей обработки аэрокосмических изображений, распознавания образов, адаптивной фильтрации позволитсущественно повыситьскороСть обработки информационных потоков большой емкости при сохрайении гибкости и универсальности, присущих используе- 4О мым в настоящее время цифровым систе» мам, чески связанные расположенные и» одной оптической оси первый лазер, коллиматор, входной пространственный модулятор света, объектив прямого преобразования Фурье, первый светодели тель, оптически связанный с первым амплитудным модулятором, первый пространственный модулятор света (ПМС)

ПРОМ, поляризатор, ось пропускания которого ориентирована под углом 45о к главным осям первого ПМС ПРОМ, и объектив обратного. преобразования Фурье, расположенные на другой оптической оси второй лазер и дефлектор, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью расширения; функциональных возможностей устройства путем осуществления пространственного фильтра с комплексной передаточной функцией, устройство содержит последовательно расположенные второй

ПМС ПРОМ, одна из главных оптических осей которого параллельна оси пропускания поляризатора, и второй светоделитель, расположенные между поляризатором и объективом обратного преобразования Фурье, второй амплитудный модулятор, оптически связанный со вторым светоделителем, и последовательно расположенные третий светоделитель, оптически связанный с дефлектором и первым амплитудным модулятором, и sepкало, оптически связанное со вторым амплитудным модулятором, 747331

18

763 ю и

Составитель А,. Аномии

Редактор T. Колодцева Текред» А. Хч Керректор Н, БабииеЩ.

Заказ 4498/11 Тираа 745 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делаи изобретений и открытиВ

1l3035, Москва, Ж-35, Рауаскаа наб,, д. 4/5

Филиал IIIIII "Патент", г. Укгород, Ул, Проектная, 4