RU171634U1 - RIGID SURFACE OPTICAL SPECTRAL PROCESSING DEVICE - Google Patents
RIGID SURFACE OPTICAL SPECTRAL PROCESSING DEVICE Download PDFInfo
- Publication number
- RU171634U1 RU171634U1 RU2016146727U RU2016146727U RU171634U1 RU 171634 U1 RU171634 U1 RU 171634U1 RU 2016146727 U RU2016146727 U RU 2016146727U RU 2016146727 U RU2016146727 U RU 2016146727U RU 171634 U1 RU171634 U1 RU 171634U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- disk
- modulator
- image
- sector
- spectrum
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/30—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring roughness or irregularity of surfaces
- G01B11/303—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring roughness or irregularity of surfaces using photoelectric detection means
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06V—IMAGE OR VIDEO RECOGNITION OR UNDERSTANDING
- G06V10/00—Arrangements for image or video recognition or understanding
- G06V10/88—Image or video recognition using optical means, e.g. reference filters, holographic masks, frequency domain filters or spatial domain filters
Landscapes
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области оптических измерений и касается устройства оптической спектральной обработки изображения шероховатой поверхности. Устройство включает в себя расположенные последовательно объектив, установленный в фокальной плоскости объектива вращающийся диск-модулятор с записанной на него эталонной структурой, три фотоприемника, многоканальный аналого-цифровой преобразователь и блок формирования и регистрации спектра изображения. Эталонная структура на диске-модуляторе представляет собой записанные на трех расположенных по радиусу дорожках в пяти секторах диска периодические прямые решетки с разными пространственными частотами и с непрерывно меняющимися направлениями штрихов в каждом секторе по радиусу в диапазоне углов ±30° относительно середины сектора. Диск-модулятор снабжен метками начала секторов. Каждый интегрирующий фотоприемник соответствует своей дорожке на диске-модуляторе. Технический результат заключается в уменьшении времени регистрации спектра. 2 ил.The invention relates to the field of optical measurements and relates to a device for optical spectral processing of an image of a rough surface. The device includes a sequential lens mounted in the focal plane of the lens, a rotating modulator disk with a recorded reference structure, three photodetectors, a multi-channel analog-to-digital converter, and an image spectrum forming and recording unit. The reference structure on the modulator disk is a periodic straight lattice recorded on three radially arranged tracks in five sectors of the disk with different spatial frequencies and with continuously changing strokes in each sector along the radius in the range of angles ± 30 ° relative to the middle of the sector. The modulator disk is equipped with sector start marks. Each integrating photodetector corresponds to its own track on the modulator disk. The technical result is to reduce the time of registration of the spectrum. 2 ill.
Description
Полезная модель относится к оптическим аналоговым устройствам для спектральной обработки изображений, например поверхности моря, с использованием некогерентного света и может быть применена для решения ряда научно-технических задач, в частности для измерения спектров изображения шероховатой поверхности, в том числе пространственного спектра волнения водной поверхности в реальном времени.The invention relates to optical analog devices for spectral processing of images, for example, the surface of the sea, using incoherent light and can be used to solve a number of scientific and technical problems, in particular, to measure the spectra of images of a rough surface, including the spatial spectrum of waves of a water surface in real time.
Известны оптические аналоговые анализаторы в некогерентном свете, например оптический анализатор спектра записей сигналов ОСА-2 (см. Зверев В.А., Орлов Е.Ф. «Оптические анализаторы», М., Советское радио, 1971, стр. 96-99). Данный оптический анализатор спектра записей сигналов содержит последовательно расположенные на оптической оси прибора: объектив, блок оптических решеток с механизмом их смещения относительно друг друга, оправу для крепления носителя записи анализируемых сигналов (фотопленку), диафрагму и интегрирующий фотоприемник в виде системы линз с фотоумножителем. Недостатком этого анализатора является необходимость записи изображения водной поверхности на носитель (фотопленку) с целью последующего анализа. Использование носителя уменьшает динамический диапазон анализируемых изображений из-за нелинейности амплитудной характеристики носителя. Кроме того, появляются дополнительные шумы, вносимые носителем изображения, а также теряется возможность оперативной обработки изображений и получения спектров в реальном времени.Optical analog analyzers are known in incoherent light, for example, an optical analyzer of the spectrum of signal recordings OSA-2 (see Zverev VA, Orlov EF “Optical analyzers”, M., Soviet Radio, 1971, pp. 96-99) . This optical analyzer of the spectrum of signal recordings contains sequentially located on the optical axis of the device: a lens, a block of optical arrays with a mechanism for shifting them relative to each other, a frame for mounting the recording medium of the analyzed signals (film), an aperture and an integrating photodetector in the form of a lens system with a photomultiplier. The disadvantage of this analyzer is the need to record the image of the water surface on a carrier (film) for subsequent analysis. The use of media reduces the dynamic range of the analyzed images due to the nonlinearity of the amplitude characteristics of the media. In addition, there are additional noises introduced by the image carrier, and the ability to quickly process images and obtain spectra in real time is lost.
Дальним аналогом разработанного устройства оптической спектральной обработки изображения шероховатой поверхности является устройство, известное по авторскому свидетельству SU №1018132, МПК3 G06G 9/00, G01R 23/16, публ. 15.05.1983 г., которое проводит спектральную обработку оптического изображения шероховатой поверхности, например морского волнения, одновременно для пяти пространственных частот в реальном времени. Устройство содержит размещенные последовательно объектив для формирования изображения шероховатой поверхности, неподвижно установленный в фокальной плоскости объектива модулятор, оптическую схему и фотоприемник, который электрически соединен с анализатором спектра временных частот. Модулятор представляет собой набор фильтров пространственных частот и выполнен в виде набора оптических решеток, периодических вдоль оси X и имеющих дискретно отличающиеся периоды вдоль оси Y. Оптическая схема выполнена в виде линзы.A further analogue of the developed device for optical spectral processing of the image of a rough surface is a device known by the copyright certificate SU No. 1018132, IPC 3 G06G 9/00, G01R 23/16, publ. 05/15/1983, which conducts spectral processing of the optical image of a rough surface, such as sea waves, simultaneously for five spatial frequencies in real time. The device comprises a sequentially placed lens for forming an image of a rough surface, a modulator fixed to the focal plane of the lens, an optical circuit and a photodetector that is electrically connected to a time frequency spectrum analyzer. The modulator is a set of spatial frequency filters and is made in the form of a set of optical gratings, periodic along the X axis and having discrete different periods along the Y axis. The optical scheme is made in the form of a lens.
Недостатком дальнего аналога является то, что устройство регистрирует одновременно только пять пространственных частот спектра волнения водной поверхности и лишь в одном направлении волнового вектора, определяемом осью X, что не позволяет регистрировать реальные физические процессы, происходящие, например, на поверхности океана, поскольку для этого требуется регистрация двумерного спектра волнения в реальном времени при гораздо большем числе одновременно измеренных пространственных частот спектра в различных направлениях волн.A disadvantage of the distant analogue is that the device simultaneously records only five spatial frequencies of the wave spectrum of the water surface and only in one direction of the wave vector defined by the X axis, which does not allow real physical processes to occur, for example, on the surface of the ocean, since this requires real-time registration of a two-dimensional wave spectrum with a much larger number of simultaneously measured spatial frequencies of the spectrum in different wave directions.
Наиболее близким аналогом к разработанному устройству оптической спектральной обработки изображения шероховатой поверхности является устройство, известное по патенту РФ на изобретение №2400705 (Устройство оптической спектральной обработки изображения шероховатой поверхности: патент на изобретение №2400705 RU: МПК G01B 11/30, G06K 9/58, G01R 23/16 / Э.М. Зуйкова, В.И. Титов, Ю.И. Троицкая; Учреждение Российской академии наук институт прикладной физики РАН. - 2009103024/28; 30.01.2009; публ. 27.09.2010, бюл. №27), которое проводит спектральную обработку оптического изображения шероховатой поверхности, например морского волнения, в реальном времени и регистрирует его двумерный спектр. Устройство-прототип содержит размещенные последовательно объектив для формирования изображения шероховатой поверхности, вращающуюся призму для поворота изображения, установленный в фокальной плоскости объектива вращающийся диск-модулятор, оптическую схему и фотоприемник, который электрически соединен с компьютером. В данном устройстве диск-модулятор осуществляет сканирование спектра изображения по пространственной частоте за счет нанесенной на него эталонной структуры в виде многозаходных спиралей с изменяющейся по окружности диска-модулятора частотой, а призма обеспечивает сканирование спектра изображения по направлению волнового вектора за счет поворота изображения при ее возвратно-поступательном вращении. Недостатком прототипа является большое время регистрации двумерного спектра волнения - около 1 с, так как «связка» диска-модулятора и призмы не позволяет увеличить скорости их движения из-за механических ограничений.The closest analogue to the developed device for optical spectral processing of an image of a rough surface is a device known according to the patent of the Russian Federation for invention No. 2400705 (Device for optical spectral processing of an image of a rough surface: patent for invention No. 2400705 RU: IPC G01B 11/30, G06K 9/58, G01R 23/16 / E.M. Zuykova, V.I. Titov, Yu.I. Troitskaya; Institution of the Russian Academy of Sciences Institute of Applied Physics RAS. - 2009103024/28; 01/30/2009; publ. 09/27/2010, bull. 27), which performs spectral processing of the optical image w rohovatoy surface, for example sea waves, in real time, and registers its two-dimensional spectrum. The prototype device comprises a sequentially placed lens for forming an image of a rough surface, a rotating prism for image rotation, a rotating disk modulator mounted in the focal plane of the lens, an optical circuit and a photodetector that is electrically connected to the computer. In this device, the disk modulator scans the image spectrum for spatial frequency due to the applied reference structure in the form of multi-helix with a frequency varying around the circumference of the modulator disk, and the prism scans the image spectrum in the direction of the wave vector due to image rotation when it is returned - translational rotation. The disadvantage of the prototype is the large registration time of the two-dimensional wave spectrum - about 1 s, since the "bundle" of the modulator disk and the prism does not allow to increase their speed due to mechanical limitations.
Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является уменьшение времени регистрации двумерного спектра шероховатой поверхности.The problem the utility model aims to solve is to reduce the time it takes to register a two-dimensional spectrum of a rough surface.
Технический результат достигается тем, что разработанное устройство содержит расположенные последовательно объектив, вращающийся диск-модулятор с записанной на него эталонной структурой, установленный в фокальной плоскости объектива, по крайней мере один интегрирующий фотоприемник, а также блок формирования и регистрации спектра изображения шероховатой поверхности, функции которого выполняет компьютер, снабженный многоканальным аналого-цифровым преобразователем (АЦП)The technical result is achieved by the fact that the developed device comprises a sequential lens, a rotating disk modulator with a recorded reference structure mounted on it in the focal plane of the lens, at least one integrating photodetector, and also a unit for generating and recording the image spectrum of a rough surface, the functions of which runs a computer equipped with a multi-channel analog-to-digital converter (ADC)
Новым в разработанном устройстве является то, что эталонная структура на диске-модуляторе представляет собой записанные на трех расположенных по радиусу дорожках в пяти секторах диска-модулятора периодические прямые решетки с разными пространственными частотами и с непрерывно меняющимися направлениями штрихов в каждом секторе по радиусу в диапазоне углов ±30° относительно середины сектора, где штрихи решетки направлены по радиусу диска-модулятора, при этом диск-модулятор снабжен метками начала секторов диска для выработки синхроимпульсов начала секторов с помощью оптопары, а каждой из трех дорожек на диске-модуляторе соответствует свой интегрирующий фотоприемник.New in the developed device is that the reference structure on the modulator disk is a periodic straight lattice recorded on three radially arranged tracks in five sectors of the modulator disk with different spatial frequencies and with continuously changing stroke directions in each sector in a radius range of angles ± 30 ° relative to the middle of the sector, where the bars of the lattice are directed along the radius of the modulator disk, while the modulator disk is provided with marks on the beginning of the disk sectors to generate a sync lsov beginning sectors using optocouplers, and each of the three tracks on the disc modulator corresponds to integrating a photodetector.
Устройство поясняется следующими чертежами.The device is illustrated by the following drawings.
На фиг. 1 представлена блок-схема разработанного устройства оптической спектральной обработки изображения шероховатой поверхности: 1 - объектив, 2 - диск-модулятор, 3 - интегрирующий фотоприемник (три штуки), 4 - оптопара, 5 - блок формирования и регистрации спектра.In FIG. 1 is a block diagram of a developed device for optical spectral processing of images of a rough surface: 1 — lens, 2 — disk modulator, 3 — integrating photodetector (three pieces), 4 — optocoupler, 5 — spectrum forming and recording unit.
На фиг. 2 представлен диск-модулятор с нанесенной эталонной структурой.In FIG. 2 shows a modulator disk with a reference structure applied.
Устройство осуществляет свою работу следующим образом.The device carries out its work as follows.
Сначала объектив 1 создает изображение шероховатой поверхности на диске-модуляторе 2, установленном в фокальной плоскости объектива (см. Фиг. 1).First, the
На диске-модуляторе 2 имеются пять секторов по три дорожки шириной 16 мм в каждом (см. фиг. 2), на которых нанесены прямые решетки с различной пространственной частотой. Первая дорожка находится на среднем расстоянии от центра 99 мм, вторая - 83 мм, третья - 67 мм. Будем считать первым сектором сектор с минимальными пространственными частотами решеток на всех трех дорожках: 0,1; 0,6; 2,9 штрихов на миллиметр соответственно. На втором: 0,15; 0,85; 3,7 штрихов на миллиметр соответственно. На третьем: 0,2; 1,2; 4,6 штрихов на миллиметр соответственно. На четвертом: 0,3; 1,65; 5,6 штрихов на миллиметр соответственно. И на пятом: 0,4; 2,2; 6,7 штрихов на миллиметр соответственно. Таким образом, диск-модулятор 2 позволяет получить спектры изображения для 15 дискретных пространственных частот.On the
При этом в каждом секторе по радиусу непрерывно меняется направление прямых решеток в диапазоне углов ±30° относительно середины сектора, где штрихи решеток направлены по радиусу диска-модулятора 2. На внешнем радиусе, где нет записи прямых решеток, имеется дорожка с пятью метками начала секторов. В результате такой записи решеток на диске-модуляторе 2 анализ по углу при вращении диска-модулятора 2 становится непрерывным. Разрешение спектра по углу определяется размером интегрирующего окна (см. фиг. 2).Moreover, in each sector, the direction of the direct gratings continuously varies along the radius in the angle range of ± 30 ° relative to the middle of the sector, where the strokes of the gratings are directed along the radius of the
Отличием диска-модулятора 2 в предлагаемой полезной модели от диска-модулятора прототипа является то, что за счет нанесенной на него описанной выше эталонной структуры его использования оказывается достаточно, чтобы в предлагаемом устройстве осуществлять сканирование спектра изображения шероховатой поверхности и по пространственной частоте, и по направлению волнового вектора. Тем самым снимаются механические ограничения на скорость движения «связки» диска-модулятора и призмы, которые присутствуют в прототипе, и время получения двумерного спектра шероховатой поверхности определяется только скоростью вращения диска-модулятора 2.The difference between the
Каждой дорожке диска-модулятора 2 соответствует интегрирующий фотоприемник 3. Для каждого интегрирующего фотоприемника 3 «жирным» эллипсом показано интегрирующее окно на соответствующей дорожке диска-модулятора 2. Метки начала секторов, расположенные по внешнему радиусу диска-модулятора 2 в начале каждого сектора (фиг. 2), считываются при помощи оптопары 4. Метка в начале сектора с минимальными пространственными частотами меньше по размеру вдоль окружности и служит одновременно синхроимпульсом оборота диска. Оптопара 4 - электронный прибор, состоящий из излучателя света (обычно светодиода) и фотоприемника (фотодиода), связанных оптическим каналом. При вращении диска-модулятора 2 метки, представляющие собой непрозрачные участки на диске-модуляторе 2, прерывают световой поток на фотодиоде оптопары 4, формируя на выходе оптопары 4 импульс.Each track of the
Таким образом, созданное объективом 1 на диске-модуляторе 2 изображение шероховатой поверхности модулируется прямыми решетками в пределах окна интегрирования каждого интегрирующего фотоприемника 3 на каждой дорожке диска-модулятора 2, затем модулированное изображение в пределах окна интегрирования собирается с помощью соответствующего интегрирующего фотоприемника 3 на каждой дорожке. Сигнал с выхода каждого интегрирующего фотоприемника 3 будет пропорционален спектру Фурье изображения шероховатой поверхности. Далее сигналы с выхода каждого интегрирующего фотоприемник 3 и с оптопары 4 подаются на блок формирования и регистрации спектра 5 изображения шероховатой поверхности, функции которого выполняет компьютер, снабженный многоканальным аналого-цифровым преобразователем (АЦП), и в котором на основании полученной совокупности сигналов формируется двумерный спектр шероховатой поверхности.Thus, the image of a rough surface created by the
В результате предлагаемое устройство - оптической спектральной обработки изображения - может за один оборот диска-модулятора 2 регистрировать спектр изображения шероховатой поверхности в координатах пространственная частота - направление волнового вектора, причем спектр по пространственным частотам дискретный размером 15 пространственных частот (три дорожки с прямыми решетками с разными пространственными частотами на 5 секторов диска-модулятора 2), а спектр по направлениям непрерывный в угловом диапазоне 60. Время регистрации спектра определяется скоростью вращения диска-модулятора 2, которую можно выбрать. Например, при вращении диска-модулятора 2 со скоростью 25 об/с, как это происходит в прототипе, время регистрации одной реализации двумерного спектра предлагаемым устройством в 25 раз меньше времени регистрации двумерного спектра прототипом.As a result, the proposed device — optical spectral image processing — can record the image spectrum of a rough surface in coordinates of the spatial frequency — direction of the wave vector in one revolution of the
Преимуществами разработанного устройства оптической спектральной обработки изображения шероховатой поверхности перед аналогичными устройствами с телекамерами являются большой динамический диапазон и отсутствие «смаза» изображения из-за движения носителя, на котором расположено устройство, так как преобразование Фурье здесь осуществляется мгновенно. Благодаря этому разработанное устройство может, например, регистрировать по ходу корабля спектры сколь угодно коротких волн, как только может позволить геометрия наблюдения.The advantages of the developed device for optical spectral processing of the image of a rough surface over similar devices with television cameras are the large dynamic range and the absence of “blur” of the image due to the movement of the carrier on which the device is located, since the Fourier transform is carried out instantly. Thanks to this, the developed device can, for example, record spectra of arbitrarily short waves along the ship, as soon as the observation geometry allows.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016146727U RU171634U1 (en) | 2016-11-29 | 2016-11-29 | RIGID SURFACE OPTICAL SPECTRAL PROCESSING DEVICE |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016146727U RU171634U1 (en) | 2016-11-29 | 2016-11-29 | RIGID SURFACE OPTICAL SPECTRAL PROCESSING DEVICE |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU171634U1 true RU171634U1 (en) | 2017-06-07 |
Family
ID=59032732
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016146727U RU171634U1 (en) | 2016-11-29 | 2016-11-29 | RIGID SURFACE OPTICAL SPECTRAL PROCESSING DEVICE |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU171634U1 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1018132A1 (en) * | 1980-07-18 | 1983-05-15 | Институт прикладной физики АН СССР | Method of non=coherent spatial processing of rough surface picture |
SU1596315A1 (en) * | 1987-12-14 | 1990-09-30 | Горьковский Научно-Исследовательский Радиофизический Институт | Device for optical spectrum processing of rough surface image |
US7630086B2 (en) * | 1997-09-22 | 2009-12-08 | Kla-Tencor Corporation | Surface finish roughness measurement |
RU2400705C1 (en) * | 2009-01-30 | 2010-09-27 | Учреждение Российской академии наук Институт прикладной физики РАН | Rough surface image optical spectral processing device |
-
2016
- 2016-11-29 RU RU2016146727U patent/RU171634U1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1018132A1 (en) * | 1980-07-18 | 1983-05-15 | Институт прикладной физики АН СССР | Method of non=coherent spatial processing of rough surface picture |
SU1596315A1 (en) * | 1987-12-14 | 1990-09-30 | Горьковский Научно-Исследовательский Радиофизический Институт | Device for optical spectrum processing of rough surface image |
US7630086B2 (en) * | 1997-09-22 | 2009-12-08 | Kla-Tencor Corporation | Surface finish roughness measurement |
RU2400705C1 (en) * | 2009-01-30 | 2010-09-27 | Учреждение Российской академии наук Институт прикладной физики РАН | Rough surface image optical spectral processing device |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN109343077B (en) | Liquid crystal phased array ghost imaging system and imaging method thereof | |
US9696137B2 (en) | Multiple channel locating | |
US10677923B2 (en) | Optoelectronic modules for distance measurements and/or multi-dimensional imaging | |
JP5592763B2 (en) | Method and apparatus for determining height map of object surface | |
JP2011064482A (en) | Device and method of high-speed three-dimensional measurement | |
US4584484A (en) | Microscope for producing high resolution images without precision optics | |
RU171634U1 (en) | RIGID SURFACE OPTICAL SPECTRAL PROCESSING DEVICE | |
CN109799672A (en) | The non-detection device and method for improving imaging lens | |
Bromley | An optical incoherent correlator | |
CN112203068A (en) | Single-pixel imaging method, system, device and medium | |
US3193690A (en) | Method of and apparatus for measuring of the contrast-transmission function of an optical system | |
RU2400705C1 (en) | Rough surface image optical spectral processing device | |
US3790926A (en) | Method for determining the speed of a vehicle | |
US2941080A (en) | Astrometrical means and method | |
CN114235347A (en) | Lens quality evaluation method and device | |
RU176243U1 (en) | DEVICE FOR RESEARCH OF TALBOT EFFECT | |
WO2013051624A1 (en) | Velocity measurement device | |
SU401928A1 (en) | METHOD OF HARMONIC ANALYSIS OF ELECTRIC SIGNALS | |
SU422056A1 (en) | DEVICE FOR SYNTHESIS OF TWO-DIMENSIONAL AGREED FILTERS | |
Hovland | Construction and demonstration of a multispectral tomographic scanning imager (TOSCA) | |
SU499520A1 (en) | Optical signal spectrum analyzer | |
KR101832068B1 (en) | System and method for single point holographic imaging using optical phase conjugation | |
SU1714359A1 (en) | Method of determining boundaries position of an object | |
RU1778512C (en) | Apparatus for treatment of speckle-photographs | |
SU777660A1 (en) | Optical coherent correlator |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM9K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20201130 |