Устройство для восстановления изображения удаленных объектов

Б ) 51)5 6 0 00 ОСУДАРСТВЕ ННЫЙ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМРИ ГКНТ СССРф ) СОПИСАН ИЕ ИЗОБРЕТЕ Н ИК АВТОРСКОФЯУ СВИДЕТЕЛЬСТВУный унитерфероАНОВЛЕ- ых Объ- т)ической Изобретейие относится к оптической : ной по ряду короткоэкспозиционных интер- рбработке информации и может быть. ис- ферограмм с независимыми искажениями. -) пользовано для восстановления изображе-.Время наблюдейия обьекта для этих усйия удаленных обьектов, наблюдаемых тройств многогранно мнотокрагно превос- (Я через искажающую среду(атмосферу) как входит время одной экспозиции (число О астрономии, так и при наблюдении земных усреднений обычно составляет 50 - 1000),объектов,:. :..:Наиболее близким техническим реше-Известны устройства, используемые) внием к предлагаемому является устройство целяхвосстановления изображения, вкбто-для восстановле)ния"изображения удаленрых принятое излучение расщепляется на ных обьектов, содержащеетелескоп, светодва пучка, образующие интерференцион- делитель,два отражателя, фазосдвигающие,Яф ную картину, видность которой определяет .оптические клиньярасположенные на пути ъ комплексную функцию когерентности(КФК) расщепленных лучей, и блок регистрацьсветового поля на зрачке телескопа;Для осуществления восстановления изобраВ отсутствии атмосферных искажений жения в точках интерференционной картиКФКполяизлученияудаленногообьЕктаяв- ны определяются средние значения ляется спектром распределения интенсив- интенсивности, квадрата интенсивности и ности на этом обьекте.произведения интенсивностей в соседнихВосстановление изображейия осущест- отсчетных точках, Устройство позволяет совляется путем усреднения КФК, определен- кратить время обработки данных и получить 1(56) Токовинин А,А. Звездные иьметры, - М,: Наука, 1988,Авторское свидетельство СССЬ 1439635, кл, 6 06 К 9/00, 1988,54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВОССТЙИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ УДАЛЕННВКТОВ(57) Изобретение относится к оп 2обработке информациии может использоваться для восСтановлеТия изображений удаленнь 1 х объектов, "наблюдаемых через искажающую среду, Цель изобретения - расширение области применения устройст- . ваза счет расширения класса наблюдаемых обьектов. Снижение временй наблюдения объекта достигается введением в устройство поляризатора, двух светоделителей, светоотражателя, прйзмы Дове и двух полуволновы)х пластин. Геометрия оптической системы устройства обеспечивает восстановление изображения по однократно регистрируемой интерференционной картин.е. 1 илЪрезультат сразу по окончании наблюдения,однако мийимальное время наблюдениямногократно превышает время регистрацииодной интерференционной картины,то делает невозможным наблюдение короткоживущих или быстродвижущихся объектов.Целью изобретения является расширение области применения устройства за счетрасширения класса наблюдаемых объектов.На чертеже показана оптическая схемаустройства.Устройство содержит поляризатор 1,светоделители 2 - 4 (куб-призмы С полупрозрачной диагональю), светостражатели 5-7,первую полуволновую пластину 8, призмуЛове 9, вторую полуволндвую пластину 10 иблок 11 регистрацйи интерфербграммы,данные которого в виде оцифрованной интерферейционной картинывводятся в ЗВМдля последующей отработки.Устройство содержит также телескоп(не показан), оптически связанный с поляризатором 1.Поляризатор 1 ориейтироаан так, что. вырезает х- либо у-поляризацию излучения,лежащую в плоскостипаденйялуча, на злементы 2-7(в плоскбсти чертежаа), либо ортогональную ей, Отражающая грань призмыДове образует с плоскостью чертежа уголу, оптйческие оси пластин 8 и 10 параллельны друг другу и образуют с плоскостью чер л 37 г,тежа угол(или - -).8Плоскость светоотражателя 7 образуетс направлением падающего на нее луча уголК+а, где а - угол порядка несколькихугловых диаметров изображения, что эквивалентно введению между светдделителем3 и призмой Дове воздушного оптическогоклина 12,Устройство работает следующим образом,На выходе устройства складываются че.,тыре луча, проделавшие следующие пути:аЫЬа (луч 1,1); асеса (луч 1,2); асбЬа (луч 2);аЬбса (луч 3).Поскольку оптические длины всех путейравны друг другу, лучи 1.1 и 1,2 переносяттождественные проекции входного поля Е(х,у) в выходную плоскость устройства и всумме дают луч 1 с распределением поля/2Е 1(х,у) = Е(х,у),Луч 2 направляется светоделителями 2и 4 на полуволновую пластину 8, которая поворачивает его плоскость поляризацииЛна , проходит призму Дове 9, которая преобразует поле Е(х,у) на входе призмы в поле Е(у,х) на выходе, полуволновую пластину 10, 5 которая восстанавливает первоначальноенаправление поляризации, отражается светоотражателем 7, получает фазовый набег ехр(йбх), где 1 - волновое число, в эквйвалентном клине 12 и направляется светоде лителями 3 и 2 на выход интерфераметра.Поле луча 2 в выходной плоскости имеетвид 1ФЕ 2(х,у) = Е(у-х)ехр(-1 Их).1 Луч 3 описывает туже петлю в противоположном направлении, проходя эквивалентный клин 12 до призмы Дове, которая 20 переводит фазовый набег ехр(1 Мх) вехр(йбу), и выходит из интерферометра с распределением поля по сечению Ез(х,у) = - Е(-у,х)ехр(йбу) Поле в выходной плоскости устройстваимеет вид: ЗО1Е(х,уА) = Е 1 + Е 2+ Ез = - ( у 2 Е(х,уЛ)+(2) 40 где ЕОЯ - входное поле с равномерной интенсивностью 41 о, каким оно было бы в отсутствии искажений;45 фгЛ) - фазовые искажения, вносимыеатмосферой (амплитудными искажениями пренебрегают в силу их малости).КФК поля Ео(г), определяемая как Я(2 г) = ЕоЯЕ(-4/41 о, (3) 50 согласно известной теореме Ван Циттерта - Цернике являешься Фурье-спектром объекта,С учетом (1)(3) интенсивность в выход ной плоскости интерферометра равнаДх,у) = Еф)ЕЯ = Ьо(1 + 7- р(х+1Ъ/Я+ фх,у) - фу, - х)+Мх)+ - р(2 у, -1- 2 х)сов( 6(2 у, - 2 х) + фу, - х) - ф - у,х) -где р И 0- модули и фаза КФ К.Задача восстановления изображения сводится к определениЮ р и О по интерференционной картине (4), регистрируемой блоком 11, Для этого строят матрицу произведений интенсивностей в трех точках интерферограммы следующего вида; 0(х,у) = 1(х,у)1(у,-х)1(-у,х) (5) Интенсивность 1(х,у) содеРжит слагаемые, промодулированные пространСтвенными частотами 0, к 1, кг, к 1 + кг Где к 1(о, 10:1), кг= (И,о).Интенсивности 1(у,-х) и 1(-у,х) содержат слагаемые, промодулированные частотами О К 1 Кг, К 1 - (2,Произведенйе 6(х,у) содержит слагаемые комбинации этих частотв том числе следующий член, и только его, на частоте1- 1 о фх-у,х+у) ф-х-у,х-у) р(-2 у,2 х) х1 з х ехр(1 0(х-у,х+у) + 1 Й-х-у,х-у) - 16(-2 у,2 х)+ 1+1 кг= - 1, В(цМ; -ид)ехр(1 к г); 16 где В - неискаженный биспектр объекта,Биспектр объекта в общем случае является функцией двух векторных аргументов г 1 и гг и определяется через фурье-спектр ЯЯ выражением В(г 1,гг) - Я(г 1)Я(гг)Я(-г 1,гг) Частота к отстоит от ближайшей комбинационной частоты на расстояние 1 а, а Ширина сигнала (изображение или его корреляционные функции) на любой частоте не превышает 3 , где- угловой размер спектр-изображения..Таким образом, при условии а ) 3 свободный от шума биспектр объекта вида В(о,ч,-ч,о) можно получить фильтрацией величины О(х,у) в фурье-плоскости на частотеРк, причем для построения биспектра достаточно однократной регистрации интерфе ренционной картины.Верхний предел изменения а ограничен разрешающей способностью блока регистрации (шириной пространственных чаСтст К): Алгоритм построения спектра объекта15 по значениям биспектраВ(х,у; -х,у) = Ь(х,у)ехр(1 р (х,усводится к определенйю фазы Спгектра и его2 О модуля.Фаза биспектра является следующейкомбинацией фаз спектра: 3 (х,у) = О(х,у) + +у,х) - О (х-у.х+у),25 Откуда получают; 6(х-у,х+ у) =д(х,у)+ д(- у,х) - ,8(х,у). (6) ЗО Выражение (6) является рекуррентййм соотношением, позволяющим определить фазу спектра на окружности радиуса г, если она известна в точках окружности в П раза меньшего радиуса. Выразив аналогичным З 5 образом фазы спектра.в правой части (б),через фазы спектра в точках окружности радиуса г/2, преобразуют выражение (6) к виду: 4 О В(2 х,2 у) = 28(х,у) - у(х,у);у(х,у) =Р(х,у)+р(у,-х)+ /3 (х+у,у+х), (7) После К-го применения формулы (7) пол 45 учают к -1О(2 г) =д -2 у(г/2 (8)1=З где ошибка дк =2" О(гГ 2" ) с ростом К стремится к нулю.На произвольном луче, выходящем из . начала координат, на малом расстоянии рот 55 ,1 зн ч а д(р) - я 1 р аЗр, причЕм а 1=-0, так как по свойствам биспектра фаза восстанавливается без линейного члена.Тогдароизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 1 каз 3090ВНИИП Тираж Подписное осударственного комитета по изобретениям и открытиям при ГК 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5