Оптический коррелометр

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ РЕСПУБЛИК ЯО 1015402 А З(59 0 06 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Цу ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ(71) Тихоокеанский океанологический институт Дальневосточного научного центра АН СССР(56) 1. Авторское свидетельство СССР М 483681, кл. С 06 С 9/00, 1973.2. Авторское свидетельство СССР В 913830, кл, 6 06 О 9/00, 1980,3(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 находится вне апертуры фотоприемника, механически связан с приводом, о т - л и ч а ю щ и й с я 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- Е текторов, причем блоки поворота изоб ражений размещены между объективом и центрирующей маской, входы фотоприЕмников оптически связаны с соответствующими дорожками, а выход каж-. дого фотоприемника соединен с входом Я соответствующего фильтра низких час" тот и входом соответствующего полосового фильтра, при этом выходЫ поло- , совых фильтров подключены к входам соответствующих детекторов. С)Изобретение относится к аппаратурным средствам корреляционного анализа случайных процессов и может бытьиспользовано для анализа многоканальных сигналов.Известен коррелометр, содержащийисточник когерентного света, коллиматор, транспарант с записью исследуемых процессов, астигматическуюпару, маску на нулевые пространствен. ные частоты ФУрье-спектров, дина"мический транспарант в виде подвижного оптического растра, имеющегоамплитудное пропускание, изменяющееся вдоль одной пространственной осипо закону модуля косинуса, маску нанулевые частоты и многоканальный фо-тодетектор11.Устройство имеет сложную кинематическую схему, осуществляющую возвратно-поступательное движение динамического транспаранта, которая ограничивает скорость анализа. Кроме того,сигнал на выходе устройства пропорционален сумме дисперсии и корреляционной Функции исследуемых процесссщ.Наиболее близким к предлагаемомупо технической сущности являетсяоптический коррелометр, содержащийпоследовательно 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 переменнымпериодом, и фотоприемник, выход которого соединен с входом фильтранизких частот и входом полосовогоФильтра, выход которого подкЛюченк входу детектора, выходы детектораи фильтра низких .частот являются выходами устройства, при этом поворот-ный транспарант, центр вращениякоторого находится вне апертуры фотоприемника, механически связан с приводом 2,Функциональные возможности известного устройства ограничены, таккак с его помощью невозможно осуществить параллельную обработку нескольких случайных процессов, чтоснижает производительность коррелометра.Цель изобретения в повышение производительности за счет одновременного анализа И процессов.Поставленная цель достигаетсятем,.что анализируете и процессовзарегистрированы на транспарантев виде п дорожек, а в коррелометрдополнительно введены и блоков поворота изображений каждой дорожкивокруг нулевой пространственной.частоты спектра Фурье и й - 1 фотоприемников, фильтров низких частот,полосовых фильтров и детекторов,причем блоки поворота изображенийразмещены между объективом и центрирующей маской, входы Фотоприемниковоптически связаны с соответствующимидорожками, а выход каждого Фотоприемника соединен с входом соответствующего фильтра низких частот и входом соответствующего полосовогоФильтра, при этом выходы полосовых10 Фильтров подключены к входам соответствующих детекторов.На чертеже приведена блок-схемапредлагаемого устройства.Многоканальный оптический коррело 15 метр содержит источник 1 когерентного света, коллиматор 2, транспарант 3 с записью процессов в видедорожек, анализирующий объектив 4,блоки 5 поворота изображений, например призмы Дове, центрирующуюмаску б, поворотный транспарант 7,многоканальный фотодетектор 8, блок9 фильтров низкой частоты, блок 10полосовых.фильтров и блок 11 детекторов.. Устройство работает следующим .образом,Источник 1 когерентного света из-,лучает световой пучок, который коллиматорэм 2 расширяется до необходимыхразмеров и освещает транспарант 3,который модулирует световой поток всоответствии с записанными процессами. В выходной Фокальной плоскостиобъектива 4 наблюдается распределение амплитуд и фаз света, пропорциоЗ 5 нальное преобразованию Фурье от каж, дой дорожки на транспаранте,Блок призм установлен так, чтовесь световой поток каждой иэ дорожек поступает во входную апертуру40 соответствующей призмы. С помощьюпризм угол поворота изображений каждой дорожки установлен, таким, чтоспектральные картины располагаютсяна радиусах, проходящих через центр45 вращения поворотного транспаранта 7,Маска б перекрывает спектры в области нулевых частот, т.е. центрирует процессы и одновременно определяет пределы интегрирования спект 50 ров. Весь световой поток каждойдорожки, пройдя маску б и транспарант7, собирается соответствующим фотодетектором, с выхода которого сигнал подается на соответствующийфильтр низкой частоты и полосовой55 фильтр с детектором,Амплитудное пропускание транспаранта 7 в полярной системе координат (Ю, Ю), связанных с его цент.рам, равнот (ы,ч )=/сов (сю,зл+йчЦ, с 4где Ч - полярный угол;ц 3- координата в плоскости Фурье;амид.- некоторые коэффициенты65 , йропорциональности,, +Й.ж) дух (ь) 1Составитель Г.ЗелинскийРедактор Ю.Ковач Техред Т.ФанТа Корректор, В.Гирняк %Ю фей.йв.ав Заказ 3218/47 Тираж 706. ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и. бткрытий113035, Иосква, Ж, Раушская наб., д. 4/5.Филиал ППП фПатентф, г, ужгород, ул. Проектная, 4 При вращении диска с некоторой скоростью о вдоль некоторого радиуса, проходящего через .центр вращения, наблюдается осциллирующий во .времени пространственный сигнал с плавно меняющейся пространственной частотой Т(юхА) =соэМх (.аЬ+йа Ь)1. (ОСкорость 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 Ж 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 ностоянной, Таким образом, .на выходе .-го фотодетектора появится сигнал, пропорциональный следующему выражению- - %,( Я) Ми (4 ЙМ Ы 4)Этот сигнал сосгонт из суммы двух сигналов. Первый определяетоя выражением й(0) - дисперсией- и представляет собой некоторый :постоянный уровень. Второй сигнал .определяется выражениемйЗЬ ВЯЖЯ т.е. произведением корреляционной функции на синусоидальный множи. тель и представляет собой осциллирующий вовремени сигнал, огибающая,корреляции, а частота осцилляций оп-,ределяется аргументом синуса. Причем 5 если й() является медленно изменяющейся Функцией времени с максимальной.частотой 1 ох,то аргументсинуса в выражении (4) необходимовыбирать таким, что 2 Г 4 ЙМ . Если 30 к выходу Фотодетектора подключенфильтр .низкой частоты, то на еговыходе будет наблюдаться сигнал,уровенв которого пропорционалендисперсии процесса, а если к выходуФотодетектора подключен еще и полосовой Фильтр, то на его выходе будетнаблюдаться сигнал, пропорциональный выражению йз 1 п(ФЯцй) приусловии, что нейтральная частота .Фильтра ГПричем, если верхняя частота среза Фильтра низкой частоты равнаа нижняя частота среза полосового эффильтра равна Г то необходимо, 25 чтобы выполнялось условиес 1 с4 я.аверх них о 2 уе что обеспечит полное разделение ЗО сигналов функции корреляции и дисперсии. Чтобы получить функцию корреляции, необходимо выделить огибающую сигнала, присутствующего на выхьде полосового фильтра, что и,.вы полняет детекторТаким, образом, благодаря введе-,нию блоков поворота иэображений каждой дорожки вокруг нулевой пространственной частоты спектра Фурье спект.ры располагаются вдоль радиусов, 4 О проходящих через центр вращения поворотного транспаранта, и устройствопозволяет проводить анализ многокаЬнапьного процесса. В сравнении б про.тотипом в предлагаемом устройстве 45 быстродействие выполнения анализавходных сигналов достигается тем,что анализ может проводиться параллельно в нескольких каналах, а прианализе одного сигнада он может быть.50,записан построчно во входном окнеанализатора, чтои соответствуетувеличению реальной скорости полу.чения информации