Устройство для обработки изображений

СОКИ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕ(ЯИХРЕСПЬБЛИН 09) (1 И а 1 С 06 С 9/00 СССР ЫТИЙ ИСАНИЕ И ЕТ К АВТОРСК ЕТЕЛЬСТ ия, выход которого оптически связанпервым металлическим прозрачным электродом фоточувствительной структуры, и блок считывания, который входом оптически связан с вторым ме-; таллическим прозрачным электродом фазочувствительной структуры, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможнос" тей за счет выполнения операции вычитания изображений, в него введен дополнительный блок записи изображения, который оптически связан с вторым металлическим прозрачным электродо фоточувствительной структуры, причем толщина выпрямительных слоев 1 ф и вре-мя релаксации проводимости, электро- оптического слоя Т определяются из условий: 1) .3538964/18" 24н2) 10.01.83с6) 30.06,84. Бюл. У 242) А.В.Парфенов(71) Ордена Ленина физический институтим.П.А.Лебедева(56) 1. Кейсесент Д. Простмодуляторы света, ТИИЭР, 61977,2. Хазан Ж.П. Использование приборов "Титус" и "фототитус" для обработ-,ки информации и преобразования изображения. - В кн.: фотоника, М., "Мир 1,1978.3, Думаревский Ю.Д. и др. Регистрация нестационарных изображенийфоточувствительными структурамиМДП-ЖК, - В кн.: Оптическое изобра-жение и регистрирующие среды, Л.,ГОИ, 1982, с, 298 (прототип).,ключены к металлическим прозрачнымэлектродам фоточувствительной структуры, выполненной в виде последовательно расположенных слоев первого ме"таллического прозрачного электрода -диэлектрика - полупроводниковой пласТины с выпрямительными слоями на обеих ее сторонах - электрооптическего.слоя - второго металлического проэрач; ного электрода, блок записи изобраае(2 .(2 (4 (7 ранственные5,У 1,м Т,во никово Тя Тпе Ьо Ти ЬДДРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ,Т(,толщина полупро д йпластины;глубина проникновения светав полупроводниковую пластину;временной интервал между моментами включения вычитаемыхизображений;длительность полупериодапитающего напряжения;время формирования оптичес- .кого отклика электрооптического слоя.13 3" " и 11100Изобретение относится к оптоэлектронике и может быть использовано всхемах оптической обработки информации для сравнения изображений, вьщеления различий изображений объектовпутем их вычитания.Известно устройство обработки изображений на основе фоточувствительнойструктуры, позволяющее осуществлятьвычитание изображений. Устройство содержит фоточувствительную структуру,состоящую из полупроводниковой пластины с диэлектрическими слоями на обе-.их ее сторонах, заключенной междупрозрачными металлическими электрода 15ми, подключенными к коммутируемомуисточнику питающего напряжения 1 1.Недостатком данного устройства яв"ляется высокое питающее напряжение(до 4 кВ), создающее опасность приэксплуатации, а также технические20трудности при коммутации столь высо"кого напряжения.Известно также устройство на основе фоточувствительной структуры, со 25держащей электрооптический и полупроводниковый слои, заключенные между ме.таллическими электродами, подключенными к источнику питающего напряжения. Вычитание изображений производится в нем путем экспозиции полупроводникового слоя первым из вьритаемыхизображений при определенной полярности питающего напряжения, затем производится смена полярности напряженияи экспозиция вторым из вычитаемыхизображений. При этом потенциальный. рельеф на границе полупроводниковогои электрооптического слоя будет пропорциональным разнице обоих вычитаемых изображений, что обнаруживается 4 Ов оптическом отклике электрооптического слоя 21,Недостатком указанного устройстваявляется высокое питающее напряжение,а также невозможность вычитания иэоб"45ражений, существующих одновременно.Наиболее близким по техническойсущности и достигаемому эффекту кпредлагаемому является устройство дляобработки изображений на основе фото чувствительной структуры металлический электрод - диэлектрик " полупроводниковая пластина с диодными слоями на обеих ее сторонах - электрооптический слой - металлический электрод, содержащее источник переменногонапряжения, подключенный к металлическим электродам, и оптические каб 29 3налы записи и считывания изображения.Это устройство способно вьщелять нестационарные объекты на квазистационарном фоне 13 1,Недостатком известного устройстваявляется узость его функциональныхвозможностей, в том числе невозможность производить вычитание изображений.Цель изобретения - расширение функциональных возможностей, а именнообеспечение вычитания иэображения.Поставленная цель достигаетсятем, что в устройство для обработкиизображений, содержащее источник питающего напряжения, выходы которогоподключены к металлическим прозрачнымэлектродам фоточувствительной структуры, выполненной в виде последовательно расположенных слоев первого металлического прозрачного электрода -диэлектрика - полупроводниковой плас"тины с выпрямительными слоями на обеих ее сторонах - электрооптическогослоя - второго металлического прозрачного электрода, блок записи изображения, выход которого оптичесКи связанс первым металлическим прозрачнымэлектродом фоточувствительной структуры, и блок считывания, которнй входом оптически связан с вторым металлическим прозрачным электродом фоточувствительной структуры введен дополнительный блок записи изображения,который оптически связан с вторым ме"таллическим прозрачным электродом фоточувствительной структуры, причемтолщина выпрямительных слоев ., ивремя релаксации проводимости электрооптического слоя Т определяются изусловий: Т )Тн Тр( ь Г ) Ту где 1. и . - толщина полупроводниковойпластины;Ь - глубина проникновения светав полупроводниковую пластинуТи - временной интервал между моментами включения вычитаемыхизображенийфТ - длительность полупериода питающего напряжения,время формирования оптического отклика электрооптического слоя.На фиг.1 показано устройство для обработки изображений, общий вид, на3 11006 фиг.2 - эквивалентная электрическая схема устройства, на фиг.3 - вариант устройства.Фоточувствительная структура 1 выполнена в виде последовательно рас положенных слоев диэлектрика 2, полупроводниковой пластины 3 с выпрями" ,тельными слоями 4 на обеих ее сторонах и электрооптического слоя 5, которые расположены между первым 6 и 1 О вторым 7 металлическими прозрачными электродами. Устройство содержит источник питающего напряжения 8, блок 9 записи изображения, дополнительный блок 10 записи изображения, блок 11 считывания, емкость 12 диэлектрика 2, сопротивление 13 объема полупроводниковой пластины 3, диоды 14, соответствующие выпрямительным слоям 4, емкость 15 и сопротивление 16 электрооп"2 О тического слоя 5, коммутатор 17 переключения изображений. ФВ варианте устройства (фиг.З) оба канала 9 и 10 записи связаны через один электрод 6 с одной стороной пластины 3 посредством коммутатора 17. В этом случае изображения оббих вычи- таемых сигналов действуют на один из слоев 4 в разное время. Если бы оба изображения совпадали, то они воспринимались быструктурой 1 так же, как одно стационарное изображениеПо-.скольку структура 1 подавляет стацио Устройство работает следующим образом.При подаче переменного напряжения от источника 8 на электроды 6 и 7 структуры 1 оно распределяется в основном между пластиной 3 и слоем 5 в соответствии с их импедансами. Поскольку диоды 14 на эквивалентной схеме включены встречно, то на емкости 15, т.е. на слое 5 падает только .переменное напряжение, При этом напряжение источника 8 можно выбрать соот-Б ветствующим заданному уровню электро-З 5 оптического отклика слоя 5, При проецированйи одного из вычитаемых изображений, например через блок 9, сопротивление соответствующего диода 14, т.е. слоя 4, на освещенномучастке40 упадет пропорционально интенсивности света в данной точке изображения. Неосвещенный диод 14 будет работать как однополупериодный выпрямитель, нагрузкой которого служат параллельно 45 соединенные емкость 15 и сопротивление 16, Если время релаксации проводи. мости слоя 5, т,е. время разрядки указанной ЙС-цепочки 15 и 16 болвше длительности полупериода питающего на 50 пряжения источника 8, то на слое 5 окажется выпрямленное напряжение, величина которого тем больше, чем больше интенсивность света в данной точке. Выпрямленное напряжение обуславливает 55 появление отклика слоя 5, т.е. сигна" ла на выходе блока считывания 11. При одновременном освещении обоих 29 4диодов 14 светом одинаковой интенсивности никакого выпрямленного напряжения на слое 5 не будет, не будет и сигнала на выходе устройства. Приэтом, чтобы на слое 5 не повышалось переменная составляющая напряжения,что такж бы вызвало отклик в слое 5,т.е. ложный сигнал на выходе, необходимо полноепоглощение света в выпрямительных слоях 14, дабы не уменьшилось сопротивление 13, а также необходима существенно меньшая толщина выпрямительиых слоев 4 по сравнению с толщиной пластины 3.Таким образом, при освещении лишь одного из выпрямительных слоев 4 на слое 5 оказывается выпрямленное напряжение, вызывающее оптический отклик и появление сигнала на выходе, При одновременном освещении обоих диодов 14 выпрямления нет, нет и сигнала на выходе (очевидно, что то женаблюдается и при отсутствии обоихизображений). Следовательно, реализу"ется вычитание одновременно подаваемых через блоки 9 и 10 изображений,При неодновременной подаче изображений временной интервал между моментами включения изображений должен бытьменьше времени релаксации проводимости слоя 5. В противном случае к момен"ту включения второго изображения потенциальный рельеф, повторяющий распределение интенсивности света в первом изображении, исчезает и вычитаниявыпрямленных напряжений не пройсходит. Кроме того, если отклик слоя 5 успевает сформироваться до начала действия второго, то, хотя и происходит, вычитание потенциальных рельефов, в силу обычной для электрооптическихЮ сред (жидких кристаллов в первую очередь) инерции, не происходит вычитания изображений в отливе слоя 5. Для безынерционной среды слоя 5 интервал определяется тблько временем разрядки слоя 5.5 11006 нарные изображения, то сигнал на вы" ходе блока 11 отсутствует. Если же изображения разнятся в какой-либо точке, то это различие воспринимается как нестационарность и только это различие воспроизводится на выходе блока 11 в виде.сигнапа разности.При создании серии устройства, в качестве полупроводниковой пластины 3 используют кристаплы арсенида гал" 10 лия толщиной 200 мкм и удельным сопротивлением 10 Ом см. ВыпрямительВные слои 4 получены путем механической полировки пластины 3. Соответствующее искривление энергетических 15 эон составляет 70-00 мВ, толщина слоев 4-6 мкм. Диэлектрический слой 2 из двуокиси кремния имеет толщину 0,3 мкм, Электрооптический слой 5 выполнен из нематического жидкого крис талла толщиной 5 мкм,металлические электроды б и 7 - из окиси индия толщиной О, 1-0,2 мкм. Напряжение.источника 8 частотой 20 кГц и более имеетдействующее значение 60-80 В. Свет с г 5 длиной волны 633 нм поглощается внутри слоя толщиной 1-2 мкм, т.е. внутри выпрямительного слоя 4, и вызывает появление вьстрямленного напряжения на слое. 5 амплитудой 10-20 В, что доста-Зо точно для развития оптического отклика в слое 5 в течение 2-5 мс 1 интенсивность света при этом 3-5 мВт/смф.). В течение этого времени подают второе изображение, в результате чего На выходе блока 11 появляется разностное изображение. При меньшей интенсивности (до 5-10 мкВт/см) или (и) большей 29 6толщине слоя 5 жидкого кристалла(10 мкм) время отклика слоя 5 увеличивается до 40-60 мс, и максимальный .временной интервал между изображениями ограничивается временем релаксациипроводимости слоя 5, которое для жидкого кристалла удельным сопротивлением 10 Ом см и относительной диэлек 10трической проницаемостью 10 составляет около 10 мс. Иаксимальное время может составлять 1-100 с и более при использовании жидких кристаллов и других электрооптических материалов сбольшим сопротивлением.Испытание показало, что предложенное устройство позволяет вычйтать полутоновые изображения как одновремен"но подаваемые, так и с интервапом0-5 мс. Оно имеет большую чувствительность, более нцзкое питающее напряжение и более широкий спектральный диапазон чувствительности. В устройстве.проще происходит управление процессомвычитания изображений, поскольку вбольшинстве случаев отсутствует необходимость в какой-либо синхронизациипитающего напряжения с моментами включения экспозиции. Предложенное устройство может быть использовано для вычитания изображений с целью выявления,например, сезонных изменений земнойповерхности в случае аэрокосмическойфотосъемки, измененийоблачного покрова при анализе метеоснимков, и т.д.Обладая высокой чувствительностью,устройство может быть использованопри анализе малоосвещенных сцен в реальном масштабе времени,/ 82/38 Тираж 699 ВНИИПИ Государственнпо делам изобретен 13035, Москва, Ж,го комитета ССй и открытийаушская наб