Оптический коррелометр

СОЮЗ СОВЕТСНИХ СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

1015402 A

3(59 G 06 6 9/00

"\

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ цр (р

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (2i) 3340096/18-24

:(22) 25.08.81 (46) 30.04.83. Бюл. М 16. (72) С.A.Êëåíèí ! (71) Тихоокеанский океанологический институт Дальневосточного научного центра AH СССР (53) 681.333 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

9 483681, кл. G 06 G 9/00, 1973.

2. Авторское свидетельство СССР

В 913830, кл. 6 06 G 9/00, 1980, ;1(прототип). (54)(57) ОПТИЧЕСКИЙ КОРРЕЛОМЕТР, содержащий расположенные последовательно на одной оптической оси когерентный источник света, коллиматор, транспарант с записью исследуемого процесса, объектив, центрирующую маску, поворотный транспарант с амплитудным пропусканием вдоль одной оси, подчиняющимся закону косинуса с переменным периодом, и фотоприемник, выход которого соединен с входом фильтра низких частот и входом полосового фильтра,.выход которого подключен к входу детектора, выходы детектора и фильтра низких частот являются выходами устройства, при этом поворотный транспарант, центр вращения которого нахЬдится вне апертуры фотоприемника, механически связан с приводом, о т— л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения производительности, за счет одновременного анализа И процессов, последние зарегистрированы на транспаранте в виде И дорожек, а. в коррелометр дополнительно введены и блоков поворота изображений каждой дорожки вокруг нулевой пространственной частоты спектра Фурье и и — 1 фотоприемников, фильтров низких частот, полосовых фильтров и де- I текторов, причем блоки поворота изоб ражений размещены между объективом и центрирующей маской, входы фото« приЕмников оптически связаны с соот- С ветствующими дорожками, а выход каж-. дого фотоприемника соединен с входом Я соответствующего фильтра низких частот и входом соответствующего полосового фильтра, при этом выходЫ поло-, совых фильтров подключены к входам соответствующих детекторов. Ю

101 5402:

Изобретение относится к аппаратур ным средствам корреляционного анализа случайных процессов и может быть использовано для анализа многоканаль. ных сигналов.

Известен коррелометр, содержащий источник когерентного света, коллиматор, транспарант с записью исследуемых процессов, астигматическую пару, маску на нулевые пространствен. ные частоты Фурье-спектров,.динамический транспарант в виде подвижного оптического растра, имеющего амплитудное пропускание, изменяющееся вдоль одной пространственной оси

rro закону модуля косинуса, маску на нулевые частоты и многоканальный фо- тодетектор (1).

Устройство имеет сложную кинематическую схему, осуществляющую возвратно-поступательное движение динами ческого транспаранта, которая ограничивает скорость анализа. Кроме того, сигнал на выходе устройства пропорционален сумме дисперсии и корреляционной функции исследуемых процесссщ.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является оптический коррелометр, содержащий последовательно расположенные на одной оптической оси когерентный источник света, коллиматор, транспарант с записью исследуемого процесса, объектив, центрирующую маску, поворотный транспарант с амплитудным пропусканием вдоль одной оси, подчиняющимся закону косинуса с переменным периодом, и фотоприемник, выход которого соединен с входом фильтра низких частот и входом полосового фильтра, выход которого подкЛючен к входу детектора, выходы детектора и фильтра низких .частот являются выходами устройства, при этом поворот- ный транспарант, центр вращения которого находится вне апертуры фотоприемника, механически связан с приводом P2)..

Функциональные возможности известного устройства ограничены, так как с его помощью невозможно осуществить параллельную обработку нескольких случайных процессов, что снижает производительность коррелометра.

Цель изобретения — повышение производительности за счет одновременного анализа И процессов.

Поставленная цель достигается тем,.что анализируете И процессов зарегистрированы на транспаранте в виде vl дорожек, а в коррелометр дополнительно введены и блоков поворота изображений каждой дорожки вокруг нулевой пространственной .частоты спектра Фурье и H — 1 фотоприемников, фильтров низких частот, полосовых фильтров и детекторов, причем блоки поворота изображений размещены между объективом и центрирующей маской, входы фотоприемников оптически связаны с соответствующими дорожками, а выход каждого фотоприемника соединен с входом соответствующего фильтра низких частот и входом соответствующего полосового фильтра, при этом выходы полосовых

10 фильтров подключены к входам соответствующих детекторов.

На чертеже приведена блок-схема предлагаемого устройства.

Многоканальный оптический коррелометр содержит источник 1 когерентного света, коллиматор 2, транспарант 3 с записью процессов в виде дорожек, анализирующий объектив 4, блоки 5 поворота изображений, например призмы Дове, центрирующую маску б, поворотный транспарант 7, многоканальный фотодетектор 8, блок

9 фильтров низкой частоты, блок 10 полосовых.фильтров и блок 11 детекторов.. . Устройство работает следующим образом.

Источник 1 когерентного света из-, лучает световой пучок, который коллиматором 2 расширяется до необходимых размеров и освещает транспарант 3, который модулирует световой поток в соответствии с записанными процессами. В выходной фокальной плоскости объектива 4 наблюдается распределение амплитуд и фаз света, пропорциональное преобразованию Фурье от каж, дой дорожки на транспаранте.

Блок призм установлен так, что весь световой поток каждой иэ дорожек поступает во входную апертуру

40 соответствующей призмы. С помощью призм угол поворота изображений каждой дорожки установлен, таким, что спектральные картины располагаются на радиусах, проходящих через центр

45 вращения поворотного транспаранта 7.

Маска б перекрывает спектры в области нулевых частот, т.е. центрирует процессы и одновременно определяет пределы интегрирования спектр ров. Весь световой поток каждой дорожки, пройдя маску б и транспарант

7, собирается соответствующим фотодетектором, с выхода которого сигнал подается на соответствующий фильтр низкой частоты и полосовой 5 фильтр с детектором.

Амплитудное пропускание транспаранта 7 в полярной системе координат (®, 4), связанных с его цент.ром, равно

ТСшь4) =Зсоь(иякдл+ащч, (4! где Ч вЂ” полярный угол, ц - координата в плоскости Фурье; (нд; некоторые коэффициенты

Я . йропорциональности.

/1015402 „(М-Д (щ) (соб (Фхс(цМ + ., +Rm<)l дух (ь) 1

Составитель Г.Зелинский

Редактор Ю.Ковач Техред Т.Фанта Корректор, В.Гирняк\ ° ° ° ЯВЬ Ьй»

Заказ 3218/47 Тираж 706 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и. открытий

113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. ужгород, ул. Проектная, 4

При вращении диска с некоторой скоростью (р вдоль некоторого радиуса, проходящего через -центр вращения, наблюдается осциллирующий во .времени пространственный сигнал с плавно меняющейся пространственной частотой

Т(юхА) =!сов(юх (.а Ь+Яа.Ь)1.. Ы)

Скорость изменения фазы сигнала

; на Поворотном транспаранте- выбрана такой,. что при изменении пространственной частоты опорного сигнала .на:одну единицу фазы опорного сигнала изменяется на величину более

2 радиан.

- Световой поток, пройдя через поворотный транспарант, умножается на осциллирующий во времени и в пространстве опорный сигнал, в ре;зультате чего составляющая выходного

"сигнала на Фотодетекторе, пропорциональная функции корреляции, ос:циллирует во времени с частотой, определяемой скоростью изменения фазы в записи пространственного сигнала иа поворотном транспаранте и скоростью вращения его, а составляющая, пропорциональная дисперсии,, остается ньстоянной. Таким образом, на выходе «-ro фотодетектора появится сигнал, пропорциональный следующему выражению. Преобразуя (3), можно получить

3х= Я„(о) 11 ийюх}! со5(йц, д }»

*сов (д вил> @д„- -" g I „ „„ ;„. ! " ) "(" )@"х= а "т (о)

> Q,щ(Я) Мч1 (4ДУю+) (4)

Этот сигнал сос гонт из суммы двух сигналов. Первый определяет-оя выражением й„(0) — дисперсиейи представляет собой некоторый

:постоянный уровень. Второй сигнал

: определяется выражениемЙ () Ь (4 нЯ т.е. произведением корреляционной

Функции на синусоидальный множи. тель и представляет собой осциллирующий во времени сигнал, огибающая ,которого пропорциональна функции ,корреляции, а частота осцилляций оп-» ределяется аргументом синуса. Причем

5 если R>(g ) является медленно изменяющейся функцией времени с максимальной.частотой 1 „ох,то аргумент синуса в выражении (4) необходимо выбирать таким, что 2ВУ „44ЯМ . Если

10 к выходу фотодетектора подключен фильтр .низкой частоты, то на его выходе будет наблюдаться сигнал, уровенв которого пропорционален дисперсии процесса, а если к выходу

Фотодетектора подключен еще и полосовой Фильтр, то на его выходе будет наблюдаться сигнал, пропорциональ ный выражению и ($ ) s t и (Ф Q. t ) при условии, что цейтрвльная частота . фильтра Г

Причем, если верхняя частота среза Фильтра низкой частоты равна а нижняя частота среза полосового фильтра равна f, то необходимо, 25 чтобы выполнялось условие

f c f c

4 я. верх них о 2 уе что обеспечит полное разделение

30 сигналов функции корреляции и дисперсии. Чтобы получить Функцию корреляции, необходимо выделить огибаюhlylo сигнала, присутствующего на выхьде полосового фильтра, что и ..вы35 полняет д

Таким, образом, благодаря введе-. нию блоков поворота изображений каждой дорожки вокруг нулевой простран ственной частоты спектра Фурье спектры располагаются вдоль радиусов, 4О проходящих через центр вращения поворотного транспаранта, и устройство позволяет проводить анализ многокаЬнального процесса. В сравнении с прототипом в предлагаемом устройстве

45 быстродействие выполнения анализа входных сигналов достигается тем, что анализ может проводиться параллельно в нескольких каналах, а при анализе одного сигнада он может быть.

5о,записан построчно во входном окне анализатора, что и соответствуем увеличению реальной скорости полу.чения информации