Устройство для пространственного корреляционного анализа изображений

(50 4 С 06 С 9/О ЗН 10 Е ИЗОБРЕТЕНИ ОП ДЕТЕРЬСТ ВТОРСК еляырожГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТГ 1 РИ ГКНТ СССР(56) Авторское свидетельство СССВ 324678, кл. О 03 Н 1/00, 1971Одулов С.Г., Соскин К.С. Коррционный анализ изображений при вденном взаимодействии на встречньпучках, ДАН СССР, 1980, т. 252,с, 336-339,(54) УСТРОИСТВО ДЛЯ ПРОСТРАНСТВЕННО ГО КОРРЕЛЯЦИОННОГО АНАЛИЗА ИЗОБРАЖЕ(57) Изобретение относится к оптической обработке информации, а именно ккорреляторам пространственных сигналов и изображений, и может быть использовано для распознавания образовв реальном масштабе времени. Цельюизобретения является повьппение надежности устройства при увеличении точИзобретение относится к оптической обработке информации, а именно к корреляторам пространственных сигналов и иэображений, и может быть ис пользовано для распознавания образов в реальном масштабе времени.Цель изобретения - повьппение надежности и увеличение точности распознавания образов.На чертеже представлена оптическая схема устройства.801509954 2ности распознавания образов. Устройство содержит двухчастотный лазер,выход которого через формировательсветовых пучков оптически связан соответственно с первым и вторым транспарантами изображений, оптически соединенными соответственно с первым ивторым Фурье-объективами. В совмещенных между собой выходных фокальныхплоскостях Фурье-объективов находится нелинейная среда, имеющая высокийквантовый выход люминесценции при поглощении из возбужденного состояния.Повышение надежности достигается засчет увеличения отношения сигнал/шумв корелляционном; сигнале (излучениеГлюминесценции), что связано со спектральной селекцией последнего. Увеличение точности распознавания связанос расширением полосы пространственных частот в образах, поскольку интенсивность люминесценции не зависитот направления падения на нелинейнуюсреду возбуждающего и поглощаемогосветовых пучков. 1 ил,Устройство содержит двухчастотный лазер 1, оптически связанный с входом формирователя 2 световых пуч ков (выделен пунктиром), первый и второй транспаранты 3 изображений, установленные на входах соответстве но первого и второго фурье-объективов 4, нелинейную среду 5, расположенную в совмещенных между собой вы ходных фокальных плоскостях первого и второго фурье-объективов 4, фото54 4кает излучение с длинами волн 3, и ) и попадает в фоторегистратор 6, измеряющий величину корреляционного сигнала.В примере конкретной реализации устройству двухчастотным лазером 1 является одномодовый лазер на алюмоиттриевом гранате с неодимом, а не-. линейной средой 5 - краситель родамин 6 Ж. Излучение лазера (длина волны 1,064 мкм, энергия в импульсе до 50 мДж, расходимость л 1 мрад) преобразовывалось с эффективностью до 40% в излучение второй гармоники с помощью термостабилизированного преобразователя типа МЧ. Используемый в качестве нелинейного вещества 5 этанольный раствор красителя рода- мина 6 Ж интенсивно поглощает излуче-. ние второй гармоники с длиной волны 532 нм При этом большинство молекул красителя переходит в долгоживующее-Ф1 л 1 О с) триплетное состояние. Молекулы, находящиеся в триплетном состоянии, поглощают излучение с длиной волны 1,064 мкм, переходят в новое возбужденное состояние, из которого возвращаются в основное состояние с испусканием квантов света с длинами волн в диапазоне 380-.420 нм.Излучение люминесценции, интенсивность которого пропорциональна степени совпадения пространственных спектров сравниваемых образов, про" ходило через светофильтр 7 из стекла УФСв узел фоторегистрации 6, состоящий из собирающей кварцевой линзы и фотоприемника с осциллографом,Повышение надежности распознава" ния образов обусловлено спектральной селекцией корреляционного сигнала Шумы рассеяния в нелинейной среде,от исходных световых пучков режектируются светофильтром 7. При вырожденном четырехволновом взаимодействии корреляционный сигнал смешан с интенсивными шумами рассеяния. В конкретной реализации коррелятора с спектральной селекцией отношение сигнал/шум примерно на порядок выше, чем в корреляторе на вырожденном четырехволновом взаимодействии .без спектраль-ной фильтрации.45Я,+1 )Ьс,ЪД я.Ь - постоянная Планка.Вещество обладает высоким квантовым выходом люминесценции при поглощении из возбужденного состояния,т.е,. значительная часть повторно возбужденных молекул возвращается в ос"новное состояние. При этом интенсивность люминесценции пропорциональна 55степени совпадения пространственныхспектров сравниваеех образов, Излу=чение с длиной волныпроходит через светофильтр 7 (который непронус-,3 15099 регистратор 6, снабженный светофильтром 7. Формирователь 2 световых пучков вкпючает. в себя спектральный делитель 8 светового пучка и зеркала 9.Устройство работает следующим образом.Излучение двухступенчатого лазерапоступает в формирователь 2, где сначала преобразуется в параллельный двухчастотный1 ) световой пучок, затем разделяется спектральным делителем 8 на два одночастотных пучка, которые направляются зеркалами 9 на входы соответствующих транспарантов 3 изображений %, = с/ Я = с), где Ъ, и 7 - длины волн излучение лазера, с - скорость света. Первая и вторая Фурье-линзы 4 форми 1 зуют пространственные распределения 20 интенсивности света, соответствующие пространственным энергетическим спектрам первого и второго транспарантов 3, в объеме нелинейной среды 5.Молекулы вещества нелинейной сре ды 5 под действием излучения с длиной волны 3, переходят в первое возбужденное состояние. При совпадении пространственных спектров в те участки, где молекулы находятся в возбуж денном состоянии, попадает излучение с длиной волны 3., которое переводит молекулы во второе возбужденное состояние. При этом молекула нелинейного вещества поглощает два кванта света 35 с длинами волн Ъ, и. Затем в результате безизлучательных переходов за счет электронно"колебательной релаксации происходит потеря энергии ДЕ и молекула переходит в основное 40 состояние, излучая квант света с длиной волны11 2Ф = ---- -АЪ+,1 ст т Точность сравнения образов увели-. чена за счет уменьшения деградации корреляционного сигнала с росТом пространственной частоты в распознавае1509954 6ный с входом формирователя световыхпучков, первый и второй выходы которого оптически связаны свходами со - ответственно первого и второго транс" парантов изображений, выходы которых оптически связаны. с входами соответственно первого и второго бурьеобъективов, нелинейную среду, вход которой находится в совмещенных между собой выходных фокальных плоскостях первого и второго Фурье-объективов, а выход нелинейной среды оптичеСки связан с фоторегистратором, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежностч при увеличении точности распознавания образов, лазер выполнен двухчастотным, первая и вторая частоты излучения которого находятся в полосе поглощения нелинейной среды соответственно в основном и возбужденном состояниях, нели - нейная среда выполнена иэ вещества с высоким квантовым выходом люминесценции, фоторегистратор снабжен светофильтром, в полосе пропускания которого находятся частоты люминесценции нелинейной среды, а в полосе режекции светофильтра - частоты излучения30 лазера. мом образе ( ростом угла дифракции светового пучка на транспаранте 3 изображения . Это связано с тем,что интенсивность люминесценции нелиней 5 ной среды, поглощающей в возбужденном состоянии, не зависит от направления падения поглощаемого и возбуждающего световых пучков, т.е. не зависит от угла, под которым пересекаются эти 1 О пучки в объеме нелинейной среды. Величина корреляционного сигнала начиГнает падать только при таких углах пересечения, для которых сказывается геометрическое уменьшение рабочего 15 объема нелинейной среды. Для типич" ных значений толщины Ь слоя нелинейной среды и поперечного сечения а световых пучков (Ь0,2 мм; а =0,02 мм) объем зоны взаимодействия 20 уменьшается в два раза для углов дифракции около 100 мрад, величина которого дает теоретическую оценку высшей пространственной частоты в рас.познаваемом образе. 25 Формула изобретенияУстройство для пространственного корреляционного анализа иэображений, содержащее лазер, оптически связан,у 1г11 Составитель В.Ежо Редактор И.Бланар Техред Л,Сердюковно-издательский комбинат "Патент", г,Ужгород, ул арина, 101 извод Заказ 5816/49 Тираж 668 ПодписноеРЧИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5