Устройство для оптической обработки изображений

)5 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ЗОБРЕТЕНИЯ ПИСА ЛЬСТВУ(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПТИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ИЗОБРИ(ЕНИЙ(57) Изобретение относится к оптическому приборостроению и может бытьиспользовано для обработки изображений, в частности для выполнения операций оконтуривания, пространственно-частотной фильтрации, спектрального анализа и корреляции изображений. Цель изобретения - повышениеходномжит ко 4 В Ваа 4 ВТОРСНОМУ СВИ разрешающеи способности в спектрепространственных частот и в выизображении, Устройство содергерентную осветительную систему 1,входной отражательный пространственный модулятор 10 света с блоком 11записи входного изображения, выходной регистратор 12 изображения,пространственно-частотный фильтр 8и зеркало 7 с отражающими сферичес.кими поверхностями. Система 1 содержит компенсатор сферической аберрации зеркала 7 в виде афокальногодвухлинзового элемента 5, Фильтр 8содержит визуализирующий элемент ввиде оптического клина 9 с наклоненной к оптической оси фильтра 8зеркальной гранью. Клин 9 может бытьсформирован внутри слоя жидкого кристалла с помощью электронно-лучевойтрубки 14. 3 ил,иИзобретение относится к оптическому приборостроению и может бытьиспользовано для обработки изображений, в частности для выполненияоперац .й оконтуривания, пространст 5венно-частотной фильтрации, спектрального анализа и корреляции изображений,Целью изобретения является повышение разрешающей способности вспектре пространственных частот и в,выходном изображении.На фиг.1 приведена функциональнаяоптическая схема предлагаемого устройства для оптической обработкиизображенийф на фиг,2 - схема расположения оптического клина с зеркальной гранью внутри слоя жидкогокристалла пространственного модулятора света (ПМС), используемого в качестве отражающего пространственночастотного фильтра; на фиг.3, - схема формирования оптического клинавнутри слоя жидкого кристалла ПМС, 25используемого в качестве отражающегопространственно-частотного фильтра,за счет локальной модуляции показателя преломления жидкого кристаллао линейному закону, 30Устройство для оптической обработки изображений содержит (фиг. 1) когерентную осветительную систему 1,состоящую из лазера с микрообъективом 2 микродиафрагмы 3, линзы 4,компенсатор сферической аберрациизеркала в виде афокального двухлинзового элемента 5 и двухсклеенногообъектива 6, зеркальную оптическуюсистему, состоящуюиз зеркала 7 сосферической отражающей поверхностью,пространственно-частотного фильтрасо сферической отражающей поверхностью на основе ПМС 8 и визуализирующего элемента в виде оптического клина 9 с наклоненной к оптической осиПМС 8 зеркальной гранью, входной отражательный ПМС 10 с блоком 11 записи входного изображения, выходнойрегистратор 12 иэображения, блок 1350переменного напряжения питания, электронно-лучевую трубку (ЭЛТ) 14 сосферической волоконно-оптическойпластиной на выходе, микроЭВМ 15,блок ОЗУ 16 для хранения двумерныхпространственно-частотных спектров,блок 17 сопряжения цифровой памятис ЭЛТ,Конструкция пространственно-частотного фильтра содержит. (фиг. 2) многослойную структуру, состоящую изслоев токопроводящего зеркала 18, фотополупроводника 19, диэлектрического зеркала 20, жидкого кристалла21 и прозрачного электрода 22, стеклянную подложку 23 со сферическимиповерхностями и волоконнооптическуюпластину 24 со сферической внешнейповерхностью.Устройство для оптической обработки изображеяий работает следующимобразом.С помощью проекционного объектива блока 11 записи на фоточувствительной поверхности входного отражательного ПМС 10 формируется входноеиэображение объекта, при подаче переменного напряжения на электродыкоторого от блока 13 питания осуществляется модуляция показателя преломления жидкого кристалла,Пучок света от.лазера когерентнойосветительной системы 1 фокусируетсямикрообъективом, проходит через микродиафрагму 3 и попадает на осветительный объектив, состоящий из линзы4, афокального элемента 5 и двухсклеенного компонента 6, который осуществляет фокусировку лазерного излученияв пятно малого размера на поверхностизеркальной грани оптического клина 9,Такая схема осветительного объектива выбрана с целью коррекции осевых и полевых аббераций зеркальнойоптической системы и формирования назеркальной поверхности оптического 1клина 9 эквивалентного точечного источника лазерного излучения. Сходящийсяпучок света (сходящаяся оферическая волна) отражается от зеркальной грани оптического клина 9, преобразуется им в расходящийся пучоксвета (расходящуюся сферическую волну). Поскольку зеркальная грань оптического клина 9 расположена в фокальной плоскости сферического зеркала 7, то этот расходящийся пучоксвета с помощью сферического зеркала 7 преобразуется в параллельныйсчитывающий пучок света (плоскуюволну), освещающий по нормали входной отражательный ПМС 10, на электроды которого подается переменное напряжение от блока 13 питания,Отраженная от диэлектрическогозеркала ПМС 10 часть считывающего5 16пучка света приобретает фазово-поляризационную модуляцию света и, распространяясь в обратном направлениипо нормали к входному отражательномуПМС 10, падает опять на сферическое.зеркало , в фокальной плоскости которого формируется пространственночастотный спектр входного изображения на сферической поверхности, верхняя точка которой совпадает с фокусом сферического зеркала 7, В связис этим поверхность диэлектрическогозеркала ПМС 8, используемого в качестве отражающего пространственночастотного фильтра (фазового фильтра), также выполняется сферической,причем радиус кривизны диэлектрического зеркала вдвое меньше радиусакривизны сферического зеркала 7(фиг, 1, Е= 2 К), а их центрыкривизны С 1 и С совпадают,Выбор такой схемы зеркальной оптической системы в сочетании с установкой входного отражательного ПМС 10и выходного регистратора 12 изображения в плоскости, проходящей через.центры кривизны С и С и перпендикулярной оптической оси системы 1,а также выбор специально скоррегированного осветительного объектива,состоящего из линзы 4, афокальногоэлемента 5 и двухсклеенного обектива 6, обеспечивают минимизацию абер-раций всей зеркальной оптическойсистемы как в пространственно-частотном спектре, так и в выходномизображении, При этом в фокальнойплоскости сферического зеркала 7с которой совпадает вершина сферической поверхности пространственночастотного спектра входного изображения, установлен оптический клин 9с наклонной зеркальной гранью, выполняющий одновременно две функции:визуализацию по методу темного поляфазовой модуляции во входном отражательном ПМС в амплитудную модуляцию в выходном изображении и амплитудную фильтрацию низких пространственных частот в спектре входногоизображения, приводящую к оконтуриванию крупных деталей в выходномизображении.В результате пучок света отражается от сферического диэлектрического зеркала ПМС 8, на электроды которого подается переменное напряжение питания от блока 13, проходит че 61743 6 45 50 55 5 10 5 20 25 30 35 рез слой жидкого кристалла с распределением показателя преломления, соответствующим распределению интенсивности света на фотополупроводнике, сформированным с помощью ЭЛТ 14, модулируется в нем по фазе, фильтруется по низким пространственным частотам в оптическом клине 9 и попадает на другую половину сферического зеркала 7, которое и формирует выходное отфильтрованное изображение в плоскости регистратора 12.С целью оперативной (в реальном времени) смены функции коэффициента пропускания фазового пространственно-частотного фильтра (ПМС 8), многослойная структура такого ПМС собирается на сферической поверхности волоконно-оптической пластины ЭЛТ 14, При этом по командам из микроЭВМ 15 из блока 16 оперативной памяти (ОЗУ) производится выдача в цифровых кодах соответствующего номера пространственно-частотного фильтра, функция пропускания которого через блок 17 сопряжения, содержащий цифроаналоговый преобразователь, видеоусилитель и блоки развертки-синхронизации, преобразуется в видеосигнал подавае 7 мый на модулятор ЭЛТ 14.Сформированное электронным лучом изображение пространственно-частотного фильтра (спектра) визуализируется на слое люминофора, излучение которого засвечивает слой фотопроводника отражательного ПМС 8, в результате чего происходит модуляция слоя жидкого кристалла. При этом, как видно из фиг. 1 и 2,тангенс двойного угла наклона зеркальной грани оптического клина 9 равен отношению расстояния 0 между центром входного отражательного ПМС 11 и оптической осью сферического зеркала 7 к его фокусному расстоянию 10 ЗосКроме того, с целью упрощения конструкции отражательного ПМС 8 с установленным внутри него оптическим клином 9 с зеркальной гранью, сам оптический клин можно сформировать внутри слоя жидкого кристалла 21 (фиг, 3) путем записи электронным лучом ЭЛТ на люминофоре сигнала, интенсивность света которого изменяется по координатепо линейному закону, При этом на жидкий кристалл 21 с толщиной слоя д действует линей- жк1661743 15 20 25 30 о изменяющееся электрическое поле Я), приводящее к формированию в слое жидкого кристалла 21 эквивалентного о 1;тического клина 9 размером 1 имеющего показатели прелом- "ЭкВ. кл фЛения пи пд и угол при вершине . Клина б к . Тогда световой луч лаакв. каВера, падающий по нормали к стеклянНой подложке 23, претерпевает отклонение,формула изобретсния Устройство для оптической обработки иэображений, содержащее зерало, входной отражательный пространственный модулятор света с блоком аписи входного изображения и выходой регистратор изображения, расоложенные симметрично относительно эптической оси зеркала, когерентную рптическую систему, в задней фокальой плоскости зеркала соосно оптической оси расположен пространствен. Но-частотный фильтр с отражающей поверхностью, визуапизирующий элемент которого расположен в фокусе когерентной осветительной системы, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения разрешающей способности в спектре пространственных частот и в выходном иэображении, когерентная осветительная система распо- .ложена на одной оптической оси сзеркалом и пространственно-частотнымфильтром, отражающие поверхности которых выполнены сферическими, входной отражательный пространственныймодулятор света с блоком записи входного изображения и выходной регистратор изображения смещены вдоль оптической оси от зеркала на его двойное фокусное расстояние, радиус кривизны отражающей поверхности пространственно-частотного фильтра вдва раза меньше радиуса кривизны отражающей поверхности зеркала, апространственно-частотный фильтрвыполнен в виде пространственногомодулятора света с визуализирующимэлементом в виде оптического клинас наклоненной к оптической оси пространственно-частотного фильтра зеркальной гранью, а в когерентную осветительную систему введен компенсатор сферической аберрации зеркала в виде афокапьного двухлинзового элемента, оптическая ось которого совпадает с оптической осью входного отражательного пространственного модулятора света с блоком записи входного изображения,Вьис 3 нпй (оаююнеиный)П исн и ГКНТ ССС изводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 10 аказ 2124НИИПИ Государс Тираж 392 енного комитета по 13035, Москва, Жбретениям и аушская наб ткрытия д 4/5