Оптическое устройство обнаружения объекта на изображении

Своз Советекии Социалистических Республик) Заявлено 02,06.75 (21 69 исоединениеы заявкиГосударственный ноиитет Совета Минкстров СССР по делам изобретений и открытий(72) Автор изобретения Ярославский ачи информации АН СССР тститут пробл) Заявите 4) ОПТИЧЕСКОЕ УСТРОИСТВО ОБНАРУЖЕНИЯ ОБЪЕКТАНА ИЗОБРАЖЕНИИ енИзобретение относится к оптическими электронно-оптическим вычислительнымустройствам для расшифровки изображений,с целью автоматического обнаруженияи измерения координат известных объектов на изображениях. Подобные устройства создаются на базе когерентной оптики и голографии с использованием корреляционного метода обнаружения.Известны устройства обнаружения заданных объектов с помощью когерентнооптического коррелятора 1, 21, В такихустройствах используется голографическийсогласованный фильтр, изготовленньй пометодике ВандеуЛюгта, и оптическая система, осуществляющая преобразованиефурье распределения амплитуды поля наее входе (в дальнейшем она именуетсяоптической Фурье-системой),Наиболее близкое к изобретению устройство, содержашее оптические системыпрямого и обратного фурье-преобразованияи согласованный фильтр-модулятор, расположенный в частотной плоскости системыпрямого Фурье-преобразования 3 ). Транспарант с изображением, на котором необходимо обнаружить и локализовать заданный объект, помешают на вход первой оптической фурье-системы и освещают пучхом когерентного света от источника, Свет с выхода оптической фурьесистемы пропускают через голографический, согласованный с данным объехтом, фильтр Вандер-Люгта, помещенный на входе второй оптической Фурье-системы, испомошью фотоэлектрического или другого измерительного прибора измеряют распределение интенсивности света на выходной плоскости второй оптической фурье-системы. О наличии или отсутствии объекта на изображении судят по тому, превышает ли инт сивность света в какой-либо точке выходной плоскости системы заданный пороговый уровень. При локализации объекта, т. е. измерении его координат, решение о наличии объекта принимают по координате н иболее ярхой точки в выходной плоскости Фурье-системы.Описанная процедура позволяет обнаруживать и лохализовать известные объекты536497 на изобра;: ениях но обладает недостаточновысОкой дос 1 овериость 1 О Обнаружения и локализации, Если изображение, на фоне которого отыскивается Объект, яв.1 яется слоиным и содержит м;1 ого контрастных деталей Ьимеющих разме;.ь. и формублизкие к размерам и форме искомого объекта, то оченьвелик Вероятность ложного ооняруженияи аномально Оольших ошибок В Определениикоординат объекта, ЮПель изобретения - уменьшение вероятности ложного обнаружения и ошибок измерения координат искомого объекта.Зто достигается тем,что в известномустройстве перед согласованным фильтроммодулчтором установлен нелинеиный оптический элемент коэффициент пропусканиякоторого по ала 1 литуде света в каждойточке обратно пропорционален интенсивности попадающего в эту точку света. Приэтом световой поток, попадающий на оптический согласованный фильтр, оказываетсяпромодулированным по амплитуде функцией,обратно пропорциональной квадрату модуля Фурье-спектра наблюдаемого изображения. В качестве указанного оптическогоэлемента можно использовать любые известные фоточувствительные материаль 1, например фотопластинки, при условии их фотоооработки проявления и фиксирования) на30месте установки, фотохромные и другиереверсивные фоточувствительные среды.На чертеже дано схематическое изображение предлагаемого устройства, вариант, где обозначено:1 - транспарант с изображением;2 - линза первой Фурье-системы., осуществляющей прямое преобразование Фурье;. 403 - нелинейный оптический элемент,коэффициент пропускания которого по амплитуде света в каждой точке обратно пропорционален интенсивности попадающего в этуточку света; 4 б4 - согласованный фильтр-модуляторсвета;5 - линза второй Фурье-системы, Осуществляющей обратное преобразование Фурье; Я)6 - плоскость наблюдения,При работе предлагаемого устройстваосуществляетсяобработка сигнала с максимальным отношением амплитуды света вточке локализации искомого объекта к сред- Янему по полю наблюдаемого изображения)значению интенсивности света в точках,не занятых объектом,Действительно пусть 9( ХУ) - распределение амплитуды света на наблюдае 4мом изображении 3., б 1, М- ХОУ-Ур)- распределение амплитуды света, соответствующее искомому объекту, чаходящемуся в точке (Хо, УО); А(х,У) - импульсная реакция фильтРа 4 а -"х у) фхтр) ) х 11)у) спектрь. Фурье перечисленных функций. Тогда отношение квадрата амплитуды сигнала от искомого объекта в точке (хо, Уо) на выходе фильтра к среднему по площади изображения значению квадрата амплитуды сигнала от фонового изображения равноЕ (х- х у- ч ) Еп(х,У) 3 х = хо,у =УС(х У) Е)1(х У)1 ДхаУ где Е - операцич свертки. Воспользовавшись неравенством Шварца, можно показать, что величина х достигает максиХмума при Нрду Их, )у) Н 1 ( 1)х т у) Н Йхьу)я о,1) где % - комплексно сопряженная величина, Таким образом, при оптимальной обработке необходимо не только умножить спектр наблюдаемого изображения на фущ- цию 5 11 х, У ), комплексно сопряженную со спектром искомого объекта, как это делается в известном устройстве, но и разделить его на квадрат модуля спектра наблюдаемого изображения, как делается в предлагаемом устройстве.Использование предлагаемого устройства позволит существенно увеличить надежность обнаружения малоконтрастных объектов на сложном изображении и точность измерения их координат оптичесжми корреляторами. Формула изобретения Отпическое устройство обнаруженичобъекта на изображении, содержащее оптические системы прямого и обратного Фурье- преобразования и согласованный фильтр-модулятор, расположенный в частотной плоскости системы прямого Фурье-преобразования, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью уменьшения вероятности ложного обнаружения и ошибок измерения координат искомого объекта, перед согласованным фильтром-модулятором установлен нелинейный оптический элемент, например плас536497 тинка с фотохромным слоем, коэффициент пропускания которого по амплитуде света в каждой точке обратно пропорционаленинтенсивности попадающего в эту точку света.Источники информации, принятые во внимание при экспертизе: оставитель А. Субочевехред М. Ликович Корректор В, Зорин 67/275 Тираж 864НИИПИ Государственного комитета Совпо делам изобретений и113035, Москва, Ж, Раушс оноеов СССР пиал ППП Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Редактор Л. 1 эебенникова 61. ГЕЕЕ Т абаз. 1 п. Тагес.у,196 ф,1 т-Ю,439,2. Гудмен Дж. Введение в Фурье-оптику,М. 1970, гл. 7, 66.3, Кондратенков Г. С. Обработка инфор 5 мации когерентными оптическими системами,М., 1972, с. 155 (прототип). Подпиета Министроткрытийкая наб., д. 4/