SU1661743A1 - Устройство дл оптической обработки изображений - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к оптическому приборостроению и может быть использовано дл  обработки изображений, в частности дл  выполнени  операций оконтуривани , пространственно-частотной фильтрации, спектрального анализа и коррел ции изображений. Цель изобретени  - повышение разрешающей способности в спектре пространственных частот и в выходном изображении. Устройство содержит когерентную осветительную систему 1, входной отражательный пространственный модул тор 10 света с блоком 11 записи входного изображени , выходной регистратор 12 изображени , пространственно-частотный фильтр 8 и зеркало 7 с отражающими сферическими поверхност ми. Система 1 содержит компенсатор сферической аберрации зеркала 7 в виде афокального двухлинзового элемента 5. Фильтр 8 содержит визуализирующий элемент в виде оптического клина 9 с наклонной к оптической оси фильтра 8 зеркальной гранью. Клин 9 может быть сформирован внутри сло  жидкого кристалла с помощью электронно-лучевой трубки 14. 3 ил.

Description

Изобретение относитс  к оптическому приборостроению и может быть использовано дл  обработки изображений , в частности дл  выполнени  операц- й оконтуривани , пространственно-частотной фильтрации, спектрального анализа и коррел ции изображений .

Целью изобретени   вл етс  повышение разрешающей способности в спектре пространственных частот и в выходном изображении.

На фиг.1 приведена функциональна  оптическа  схема предлагаемого устройства дл  оптической обработки изображенийJ на фиг.2 - схема расположени  оптического клина с зеркальной гранью внутри сло  жидкого кристалла пространственного модул тора света (ПМС), используемого в качестве отражающего пространственно- частотного фильтра; на фиг.З,- схема формировани  оптического клина внутри сло  жидкого кристалла ПМС, используемого в качестве отражающего пространственно-частотного фильтра, за счет локальной модул ции показател  преломлени  жидкого кристалла по линейному закону,

I

Устройство дл  оптической обработки изображений содержит (фиг. 1) когерентную осветительную систему 1, состо щую из лазера с микрообъективом 2S микродиафрагмы 3, линзы 4, компенсатор сферической аберрации зеркала в виде афокального двухлин- зового элемента 5 и двухсклеенного объектива 6, зеркальную оптическую систему, состо щую из зеркала 7 со сферической отражающей поверхностью пространственно-частотного фильтра со сферической отражающей поверхностью на основе ПМС 8 и визуализирующего элемента в виде оптического клна 9 с наклоненной к оптической оси ПМС 8 зеркальной гранью, входной отражательный ПМС 10 с блоком 11 записи входного изображени , выходной регистратор 12 изображени , блок 13 переменного напр жени  питани , элетронно-лучевую трубку (ЭЛТ) 14 со сферической волоконно-оптической пластиной на выходе, микроЭВМ 15, блок ОЗУ 16 дл  хранени  двумерных пространственно-частотных спектров, блок 17 сопр жени  цифровой пам ти с ЭЛТ.

5

0

5

0

5

0

5

0

5

Конструкци  пространственно-частотного фильтра содержит (фиг. 2) многослойную структуру, состо щую из слоев токопровод щего зеркала 18, фотополупроводника 19, диэлектрического зеркала 20, жидкого кристалла 21 и прозрачного электрода 22, стекл нную подложку 23 со сферическими поверхност ми и волоконнооптическую пластину 24 со сферической внешней поверхностью.

Устройство дл  оптической обработки изображейий работает следующим образом.

С помощью проекционного объектива блока 11 записи на фоточувствительной поверхности входного отражательного ПМС 10 формируетс  входное изображение объекта, при подаче переменного напр жени  на электроды которого от блока 13 питани  осуществл етс  модул ци  показател  преломлени  жидкого кристалла.

Пучок света от лазера когерентной осветительной системы 1 фокусируетс  микрообъективом, проходит через микродиафрагму 3 и попадает на осветительный объектив, состо щий из линзы 4, афокального элемента 5 и двухсклеенного компонента 6, который осуществл ет фокусировку лазерного излучени  в п тно малого размера на поверхности зеркальной грани оптического клина 9,

Така  схема осветительного объектива выбрана с целью коррекции осевых и полевых аббераций зеркальной оптической системы и формировани  на зеркальной поверхности оптического - клина 9 эквивалентного точечного источника лазерного излучени . Сход щийс  пучок света (сход ща с  сферическа  волна) отражаетс  от зеркальной грани оптического клина 9, преобразуетс  им в расход щийс  пучок света (расход щуюс  сферическую волну ) . Поскольку зеркальна  грань оптического клина 9 расположена в фокальной плоскости сферического зеркала 7, то этот расход щийс  пучок света с помощью сферического зеркала 7 преобразуетс  в параллельный считывающий пучок света (плоскую волну)„ освещающий по нормали входной отражательный ПМС 10, на электроды которого подаетс  переменное напр жение от блока 13 питани .

Отраженна  от диэлектрического зеркала ПМС 10 часть считывающего

пучка света приобретает фазово-пол - ризационную модул цию света и, распростран  сь в обратном направлении по нормали к входному отражательному ПМС 10, падает оп ть на сферическое зеркало 7, в фокальной плоскости которого формируетс  пространственно- частотный спектр входного изображени  на сферической поверхности, верхн   точка которой совпадает с фокусом сферического зеркала 7. В св зи с этим поверхность диэлектрического зеркала ПМС 8, используемого в качестве отражающего пространственно- частотного фильтра (фазового фильтра ) , также выполн етс  сферической, причем радиус кривизны диэлектрического зеркала вдвое меньше радиуса кривизны сферического зеркала 7 (фиг. 1, R{ 2 RЈ, а их центры кривизны С, и СЈ совпадают.

Выбор такой схемы зеркальной оптической системы в сочетании с установкой входного отражательного ПМС 1 и выходного регистратора 12 изображени  в плоскости, проход щей через центры кривизны С, и Cg, и перпендикул рной оптической оси системы 1, а также выбор специально скоррегиро- ванного осветительного объектива, состо щего из линзы 4, афокального элемента 5 и двухсклеенного объектива 6, обеспечивают минимизацию аберраций всей зеркальной оптической системы как в пространственно-частотном спектре, так и в выходном изображении. При этом в фокальной плоскости сферического зеркала 7, с котором совпадает вершина сферической поверхности пространственно- частотного спектра входного изображени , установлен оптический клин 9 с наклонной зеркальной гранью, выполн ющий одновременно две функции: визуализацию по методу темного пол  фазовой модул ции во входном отражательном ПМС в амплитудную модул цию в выходном изображении и амплитудную фильтрацию низких пространственных частот в спектре входного изображени , привод щую к оконтури- ванию крупных деталей в выходном изображении.

В результате пучок света отражаетс  от сферического диэлектрического зеркала ПМС 8, на электроды которого подаетс  переменное напр жение питани  от блока 13, проходит че0

рез слой жидкого кристалла с распределением показател  преломлени , соответствующим распределению интенсивности света на фотополупроводни- I ке, сформированным с помощью ЭЛТ 14, модулируетс  в нем по фазе, фильтруетс  по низким пространственным частотам в оптическом клине 9 и попадает на другую половину сферического зеркала 7, которое и формирует выходное отфильтрованное изображение в плоскости регистратора 12.

С целью оперативной (в реальном

5 времени) смены функции коэффициента пропускани  фазового пространственно-частотного фильтра (ПМС 8), многослойна  структура такого ПМС собираетс  на сферической поверхности

0 волоконно-оптической пластины ЭЛТ 14, При этом по командам из микроЭВМ 15 из Опока 16 оперативной пам ти (ОЗУ) производитс  выдача в цифровых кодах соответствующего номера пространст5 венно-частотного фильтра, функци  пропускани  которого через блок 17 сопр жени , содержащий цифроаналого- вый преобразователь, видеоусилитель и блоки развертки-синхронизации,

0 преобразуетс  в видеосигнал подаваемый на модул тор ЭЛТ 14.

Сформированное электронным лучом изображение пространственно-частотного фильтра (спектра) визуализируетс  на слое люминофора, излучение которого засвечивает слой фотопровод- ника отражательного ПМС 8, в результате чего происходит модул ци  сло  жидкого кристалла.

При этом, как видно из фиг. 1 и 2, тангенс двойного угла наклона зеркальной грани оптического клина 9 равен отношению рассто ни  D между центром входного отражательного ПМС 11 и оптической осью сферического зеркала 7 к его фокусному рассто нию f;oo, т.е. tg 2(С .

Кроме того, с целью упрощени  конструкции отражательного ПМС 3 с ус0 тановленным внутри него оптическим клином 9 с зеркальной гранью, сам оптический клин можно сформировать внутри сло  жидкого кристалла 21 (фиг. 3) путем записи электронным

5 лучом ЭЛТ на люминофоре сигнала, интенсивность света которого измен етс  по координате -у по линейному закону . При этом на жидкий кристалл 21 с толщиной сло  действует линей5

0

5

to измен ющеес  электрическое поле («) привод щее к формированию в слое жидкого кристалла 21 эквивалентного оьтического клина 9 размером UUB I/, i имеющего показатели прелому КВ. К-Л

Лени  пе и п0 и угол при вершине Клина КЛ . Тогда световой луч ла- Зера, падающий по нормали к стекл нной подложке 23, претерпевает откло- ение.

формула изобретени 

«

Устройство дл  оптической обработки изображений, содержащее зерцало , входной отражательный простран- твенный модул тор света с блоком Цписи входного изображени  и выход- йой регистратор изображени , рас- роложенные симметрично относительно Оптической оси зеркала, когерентную оптическую систему, в задней фокаль- Иой плоскости зеркала соосно оптической оси расположен пространственно-частотный фильтр с отражающей поверхностью , визуализирующий элемент которого расположен в фокусе когерентной осветительной системы, о т- пичающеес  тем, что, с целью повышени  разрешающей способности в спектре пространственных час I

5

тот и в выходном изображении, когерентна  осветительна  система расположена на одной оптической оси с зеркалом и пространственно-частотным фильтром, отражающие поверхности которых выполнены сферическими, входной отражательный пространственный модул тор света с блоком записи входного изображени  и выходной регистратор изображени  смещены вдоль оптической оси от зеркала на его двойное фокусное рассто ние, радиус кривизны отражающей поверхности пространственно-частотного фильтра в два раза меньше радиуса кривизны отражающей поверхности зеркала, а пространственно-частотный фильтр выполнен в виде пространственного модул тора света с визуализирующим элементом в виде оптического клина с наклоненной к оптической оси пространственно-частотного фильтра зеркальной гранью, а в когерентную осветительную систему введен компенсатор сферической аберрации зеркала в виде афокального двухлинзово- го элемента, оптическа  ось которо- , го совпадает с оптической осью вход0 ного отражательного пространственного модул тора света с блоком за- , писи входного изображени .

0

5

Выходной (отклоненный) луч/ лазера

Фиг.2

20

Зпюрц Пук&кл

9 21 22 23

I I /

Выходной лазера.

Входной луц лазера

Фиг.З

Claims (1)

1. формула изобретения

   Устройство для оптической обработки изображений, содержащее зеркало, входной отражательный пространственный модулятор света с блоком Записи входного изображения и выходΪοϋ регистратор изображения, расоложенные симметрично относительно рптической оси зеркала, когерентную рптическую систему, в задней фокальной плоскости зеркала соосно оптической оси расположен пространственйо~частотный фильтр с отражающей поверхностью, визуализирующий элемент которого расположен в фокусе когерентной осветительной системы, о тличающееся тем, что, с целью повышения разрешающей способ^ ности в спектре пространственных частот и в выходном изображении, когерентная осветительная система расположена на одной оптической оси с 5 зеркалом и пространственно-частотным фильтром, отражающие поверхности которых выполнены сферическими, входной отражательный пространственный модулятор света с блоком записи вход10 ного изображения и выходной регистратор изображения смещены вдоль оптической оси от зеркала на его двойное фокусное расстояние, радиус кривизны отражающей поверхности про(5 странственно-частотного фильтра в два раза меньше радиуса кривизны отражающей поверхности зеркала, а пространственно-частотный фильтр выполнен в виде пространственного 2Q модулятора света с визуализирующим элементом в виде оптического клина с наклоненной к оптической оси пространственно-частотного фильтра зеркальной гранью, а в когерентную ос25 ветительную систему введен компенсатор сферической аберрации зеркала в виде афокального двухлйнзового элемента, оптическая ось которо- , го совпадает с оптической осью вход30 ного отражательного пространственного модулятора света с блоком за- ; писи входного изображения.

   Выходной (отклоненный) лазера

   24 Фиг.2 бяк

   Фиг.З