Устройство для линейной пространственной фильтрации двумерных оптических сигналов

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских Социалистицеских Республик(61) Дополнител (22) Заявлено 04 с присоединени (23) Приоритет (43) Опубликов (45) Дата опуб ьное к авт. сви(5 Кл,2 Г 1/116 Ь 9/00 осударственный комитетСовета Министров СССРпо делам изобретенийи открытий О. 06. 76,Бю нь 2 72,5 53) У 29.67 (08 кования описания 02.11.76 72) Авторы изобретен Б, А. Белинский, Э. Н, Каплан и В. К. Шаталов 1) Заявител 4) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЛИНЕЙНОЙ ПРОСТРАНСТВЕННОФИЛЬТРАЦИИ ДВУМЕРНЫХ ОПТИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ ится фильтрнственных мы наблюдаИзобретение относится к области оптической обработки информации и может быть использовано для осуществления оптической согласованной (линейной) фильтрации в когерентных оптических системах. Устройство такого типа основано на методе линейной пространственной фильтрации суть которого заключается в том, что для обработки опти ческих сигналов используется согласованны пространственный фильтр,Обычно система оптической линейной фильтрации состоит из расположенных после довательно по одной оптической оси когерентного источника света (лазера) коллима тора, транспаранта, двух линз и согласован Ного пространственного фильтра, причем транс парант находится в передней фокальной плоскости первой линзы, а в ее задней фокальной плоскости, которая совпадает с передней фокальной плоскостью второй линзы, устанавливается согласованный пространственный фильтр,Плоскость, в которой нахо называется плоскостью прост частот. Выходной сигнал сист ся в задней фокальной плоскости второ линзы,Система работает следующим образом.Транспарант модулирует коллимированныйа пучок света лазера в соответствии с собственным коэффициентом амплитудно-фазового пропускания Т (Х,У), Дальше это пространственное распределение светового поля(оптический сигнал) преобразуется первойт 0 линзой так, что в плоскости пространственных частот образуется пространственныйспектр Т (Ш , Ш, ). В этой же плоскости установлен согласованный фильтр,представляющий собой голограмму Фурье15 заданного распределения светового поляН (Х,У), Результат фильтрации наблюдаетсяв задней фокальной плоскости второй линзы,которая осуществляет обратное преобразование Фурье оптического сигнала, пропорци 20 онального произведению функций Т (цт,1 Э )и Н (ЮХ, тл ). Выходной сигнал системыимеет вид сигнала свертки и корреляциифункций Т (Х,У) и Н ( Х,У ). И есливходной оптический сигнал Т ( Х, 1 ) пред 25 ставляет собой сумму полезного сигнала и519672 7сигнал и функции оптического линейногофильтра, сформированного многоканальнымУМС,Преимушеством предлагаемого устройства является возможность формированияпрактически любых заданных функций пропускания многоканального УМС достаточнопросто, в результате чего можно реализовать быстродействующее устройство для линейной пространственной фильтрации в высокоэффективных системах оптической обработки информации. Так, например, при необходимости сформировать новый оптический пространственный филыр в предлагаемом устройстве достаточно изменить амплитуды модулируюших напряжений, подаваемых на входы многоканального УМС. В известных жеустройствах для синтезирования новогооптического фильтра необходимо преобразовать новые сложные электрические сигналы,что представляет собой трудную техничес 8кую задачу. Длительность этих электрических сигналов невелика ( порядка 100 мксек), к тому же это ограничивает время наблюдения выходых сигналов. формула изобретения Устройство для линейной пространствен О ной фильтрации двумерных оптических сигналов, содержащее расположенные последовательно на одной оптической оси лазер,коллиматор, транспарант, объектив, ультразвуковой модулятор света и выходную лин 1 б зу, отличающееся тем, что,с целью упрощения формирования заданныхфункций пропускания, ультразвуковой модулятор света выполнен многоканальным сдвумерной многоканальностью в плоскости 20 модулятора, а между модулятором и объективом установлен мультипликатор спектра,Составитель Н. РешетниковРедактор Т. Ръбалова Техред Г. Родак КорректорЗаказ 5040/577 Тираж 654 Подписное ЫНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП "Патептф, г. Ужгород, ул. Проектная. 4чредставлена совокупностью плоских световыхволн, каждая из которых формирует соответствующий дифракционный максимум в фокальной плоскости выходной линзы. Выходным сигналом каждого канала будем считать световые колебания в дифракционноммаксимуме +1 порядка,В выражении 1 этому соответствуют члены с индексами е= 1, п = 1,д (и 1 - к)=дК еЫД )1 10 и( Ф- - )1 Кк( - " 1- - У)АУо 15 пУУ к Уме( , ) .и, пУа, а К 1 д (ХС кТк 20 Если пренебречь малым допплеровским сдвигом частоты и)( . и( так как ийч кИ Щ лЪв ф, ), то полуа а чим Г. О СЕ АВе.р(О И О О К(ф(2где С А 4 После суммирования сигналов с выхода каждого канала получаемй нпиУ=Е:Е =с,; А Цпи пк пок и к 35ккУ х(иуФ -к 1)е ) Е =СТ ( Х,У)(и +-КЕ)Е еСравнивая это выражение с выражением 40 для входного сигнала многоканального УЗМСЬвЕ кЬ)а=Е е1ополучаем функцию пропускания многоканального УЗМС, которая с точностью до посто янного множителя совпадает с заданной функцией ТХ,У )На чертеже представлена функциональная схема устройства для линейной пространственной фильтрации.50Устройство состоит из расположенных последовательно на одной оптической оси когерентного источника 1 света, коллиматора 2, транспаранта 3, объектива 4, мультипликатора 5, многоканального УМС 6 и выходной линзы 7, В качестве когерентного источника света в устройстве используется лазер, работающий в непрерывномрежиме. Коллиматор 2 представляет собойлинзу или систему соосных линз. Транспарант 3 создает исследуемое амплитуднофазовое распределение светового поля и устанавливается в передней фокальной плоскости объектива 4, который представляет собой обычную линзу. В задней фокальной плоскости объектива в устройстве установлен мультипликатор спектра, который выполнен в виде голограммы совокупности точечных источников света, число которых равно числу каналов многоканального УМС. После мультипликатора 5 расположен многоканальный УМС 6, состоящий из оптически прозрачного звукопровода и пьезоэлектрических преобразователей, расположенных в двух взаимно перпендикулярных плоскостях на границах звукопровода. На противоположных границах звукопровода установлены поглотители для обеспечения режима бегущих волн, В качестве оптически прозрачного звукопровода может использоваться либо жидкость, например дистиллированная вода, либо кристалл. Многоканальный УМС размещен в передней фокальной плоскости выходной линзы 7, в задней фокальной плоскости которой наблюдается выходные сигналы устройства.Система работает следующим образом.Когерентный луч света от лазера 1 направляется на коллиматор 2, который расширяет его и формирует плоский волновой фронт, Этот волновой фронт распространяется вдоль оптической оси системы и после прохождения транспаранта 3 модулируется по амплитуде и фазе. Объектив 4 производит преобразование Фурье над распределением светового поля формируемого транспарантом. В результате в фокальной плоскости объектива образуется спектр входного оптического сигнала, который размножается мультипликатором 5 таким образом, чтобы число мультиплицируемых изображений равнялось числу каналов УМС. Каждое из этих изображений спектра поступает на отдельный канал УМС, На преобразователи УМС подается в свою очередь электрическое напряжение так,чтобы сформировать заданную функцию пропускания ( т.е, чтобы сформировать заданный оптический фильтр).В результате происходит оптическая линейная фильтрация входных оптических сигналов, вследствие дифракции света на ультразвуковых волнах, возникающих в звукопро - воде многоканального УМС. В задней фокальной плоскости выходной линзы 7, которая совершает обратное преобразование Фурье над распределением светового поля, образованного на выходе многоканального УМС, формируются выходные сигналы системы в виде сигнала корреляции и свертки функции, описывающей входной оптический