Устройство когерентной оптической фильтрации

О П.И,С A- Н И Е 297058

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

Союз Советскик

Социалистическими

Реслтблин

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Зависимое от авт. свидетельства №

Заявлено 28ЛЧ.1969 (№ 1330554/18-24) с присоединением заявки ¹

Приоритет

Опубликовано 02.III.1971. Бюллетень № 9

Дата опубликования описания 26.XI.1971

МПК б 06k 9/00

G 061 15/38

Комитет по делам изобретений н открытий ори Совете Министров

СССР

УДК 621,391.19(088.8) Авторы изобретения

Э. И. Крупицкий, Л. П. Карпов и И. С. Барбанель

Заявитель

Ленинградский электротехнический институт связи им. проф. М. А. Бонч-Бруевича

УСТРОЙСТВО КОГЕРЕНТНОЙ ОПТИЧЕСКОЙ

ФИЛЬТРАЦИИ

Изобретение относится к устройствам распознавания образов, а именно к системам согласованной оптической фильтрации изображений.

Известно устройство когерентной оптической фильтрации изображений, содержащее источник когерентного света, коллиматор для равномерного освещения входного транспаранта, транспарант, на котором записывается сигнальная функция в виде светового распределения, содержащая изображения опознаваемых символов, линзу, осуществляющую прямое преобразование Фурье, в результате которого в частотной плоскости образуется спектр сигнальной функции; оптический фильтр; линзу, с помощью которой производится обратное преобразование Фурье и формирование в выходной плоскости фильтрованного сигнала; преобразователь светового поля в электрический сигнал, обеспечивающий возможность регистрации заданных изображений.

В случае опознавания более чем одного заданного изображения, необходима механическая смена фильтров-голограмм с помощью лентопротяжных механизмов (или вращающихся дисков), причем точность установки кадра в лентопротяжных механизмах должна быть не хуже 0,02 мм.

Известное устройство позволяет решить задачу обнаружения и определения координат известных заранее изображений, произвольно расположенных по входной плоскости.

Известное устройство отличается необходимостью предварительного изготовления набора согласованных фильтров, что довольно трудоемко, требует отдельной установки и занимает много времени. К установке согласованного фильтра в частотной плоскости относительно оптической оси предъявляются жесткие

10 требования (особенно сильно ухудшаются избирательные свойства фильтрующего устройства при смещениях согласованного фильтра перпендикулярно оптической оси) . Кроме того, настройка узла, осуществляющего смену

15 фильтров, — трудоемкая и довольно сложная операция, Цель изобретения — снижение трудоемкости и сложности изготовления согласованных фильтров и улучшение избирательности уст20 ройства фильтрации.

Это достигается тем, что между колламатором и первой фокальной плоскостью установлен переключатель светового потока, в пер25 вой фокальной плоскости дополнительно размещены транспаранты эталонов и непрозрачная маска диафрагмами, а во второй фокальной плоскости линзы-преобразователя расположен прозрачный светочувствительный маЗО териал, допускающий многократность циклов

297058

65 записи и стирания согласованных фильтровголограмм.

В качестве переключателя светового потока можно применить непрозрачную маску с фигурным вырезом определенных размеров или дефлектор оптического излучения. Как пример реализации устройства рассмотрим вариант, в котором использована непрозрачная маска с фигурным вырезом.

На фиг. 1 показан общий вид устройства, где 1 — источник когерентного света, 2, 8— линзы коллиматора; 4 — непрозрачная маска;

5 — фигурный вырез; б — лентопротяжные механизмы; 7 — диафрагма; 8 — транспарант с сигнальной функцией; 9 — транспарант с эталонными изображениями; 10 — линза, выполняющая прямое преобразование Фурье; 11— прозрачный светочувствительный материал;

12 — линза, выполняющая обратное преобразование Фурье; 18 — преобразователь двумерного светового .потока. На фиг. 2 дано схематическое изображение непрозрачной маски с диафрагмами, где 14 — окно, соответствующее транспаранту сигнальной функции; 15 — окно, соответствующее транспаранту эталонного изображения; lб — диафрагма, предназначенная для создания точечного источника света.

Источник когерентного света 1 коллимируется линзами 2, 8. Перед входной плоскостью

Рl размещена непрозрачная маска 4 с фигурным вырезом 5, Она последовательно перекрывает и пропускает световой поток, падающий на входную плоскость Рl. Форма выреза в маске, его размеры и место расположения зависят от размещения во входной плоскости

Рl диафрагмы 7, служащей для создания точечного источника света, транспаранта 8 сигнальной функции и транспаранта 9 с эталонными изображениями. Расположение транспарантов и диафрагмы (см. фиг. 2) является ориентировочным. Смена транспарантов производится лентопротяжными механизмами б.

С помощью линзы 10 последовательно производится запись фильтра-голограммы на прозрачном светочувствительном материале 11 и операция фильтрации. Светочувствительный материал, допускающий многократность цикла записи и стирания, размещен в частотной плоскости Р2. В случае обнаружения заданного образа линза 12 образует в выходной плоскости Р8 выходной световой сигнал, регистрируемый преобразователем 18.

Для согласования действия всех элементов предлагаемого устройства необходим блок электронного управления, в котором вырабатываются электрические сигналы, управляющие работой отдельных узлов (на чертеже не показан) .

Устройство работает следующим образом.

Прежде всего установим, что при работе предлагаемого устройства маска 4, последовательно перекрывающая и пропускающая световой поток, может занимать три определенных положения:

15 г0 г5

Зо

1 — световой поток перекрыт;

II — световой поток падает на транспарант с эталоном и диафрагму (запись согласованного фильтра-голограммы);

III — световой поток падает на транспарант с сигнальной функцией (операция фильтрации) .

Перед началом фильтрации блок электронного управления устанавливает маску в положение I, тем самым световой поток в плоскости Рl перекрыт и не проходит к плоскости

Р2. При подаче во входную плоскость Рl первого кадра с сигнальной функцией одновременно подается первый эталон из набора опознаваемых изображений и соответствующим способом подготавливается для записи прозрачный светочувствительный материал 11, расположенный в частотной плоскости Р2. Затем маска переводится в положение П. Световой поток падает на транспарант 9 и диафрагму 7, проходит через линзу 10 и фиксируется на светочувствительной поверхности материала 11, образуя фильтр-голограмму. Время экспозиции выбирают, исходя из чувствительности материала. Фильтр-голограмма автоматически занимает свое оптимальное положение (полностью отсутствуют сдвиги относительно оптической оси), Затем блок электронного управления переводит маску в положение Ш, и световой :поток проходит через транспарант с сигнальной функцией.

Л инза 10 осуществляет преобразование

Фурье от светового распределения, имеющегося на выходе транспаранта. Далее на световое распределение воздействует согласованный фильтр-голограмма, расположенный в плоскости Р2. Линза 12 производит обратное преобразование Фурье светового распределения, прошедшего через согласованный фильтр.

После линзы 12 образуются три световых потока в соответствии с особенностями фильтра-голлограммы. Один из потоков, являющийся полезным, с помощью преобразователя 18 двумерного светового потока преобразуется в одномерный электрический сигнал, несущий необходимую информацию, При наличии искомого изображения на транспаранте сигнальной функции в выходной плоскости образуется яркостная отметка, фиксируемая преобразователем 18. Если опознавание изображения с помощью фильтра, полученного с первого эталона, не происходит, маска устанавливается в положении I, согласованный фильтр стирается, и подается второе изображение. Затем маска переводится в положение II, записывается новый фильтр-голограмма, и повторяется процесс фильтрации.

При отсутствии искомого изображения на транспаранте сигнальной функции в случае перебора всех эталонных изображений для анализа в фильтрующее устройство подается следующий кадр и т. д. Результаты фильтрации обрабатываются электронными системами и регистрируются.

297058

Предмет изобретения

Составитель В. Кудрявцев

Текред Е. Борисова

Редактор Ю. Полякова

Корректор Л. Орлова

Заказ 3270/б Изд ¹ 1360 Тираж 473 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, 3(,-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2

1. Устройство когерентной оптической фильтрации, содержащее источник когерентного света, коллиматор, линзы прямого и обратного преобразования Фурье светового потока, транспаранты сигнальных функций, расположенные в первой фокальной плоскости, и преобразователь двумерного выходного светового |потока, отличающееся тем, что, с целью снижения трудоемкости изготовления согласованных фильтров и улучшения избирательности устройства фильтрации, между коллиматором и первой фокальной плоскостью установлен переключатель светового потока, в первой фокальной плоскости дополнительно размещены транспаранты эталонов и непрозрачная маска с диафрагмами, а во второй фокальной плоскости линзы-преобразователя расположен прозрачный светочувствительньш материал для многократного цикла записи и стирания согласованных фильтров-голограмм.

10 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью .повышения быстродействия и надежности, в качестве переключателя светового потока применен дефлектор оптического излучения.