RU1778512C

RU1778512C - Apparatus for treatment of speckle-photographs

Info

Publication number: RU1778512C
Application number: SU904889179A
Authority: RU
Inventors: Гарик Оганезович Асланян; Геннадий Генрихович Левин
Original assignee: Всесоюзный научно-исследовательский институт оптико-физических измерений
Priority date: 1990-12-10
Filing date: 1990-12-10
Publication date: 1992-11-30

Abstract

Изобретение относитс к области обработки спекл-фотографий и может найти применение при исследовании смещений и деформаций диффузных обьектов методом фоторегистрации спекл-структуры. Цель - повышение производительности и точности обработки. Луч лазера, проход через диафрагму , просвечивает спекл-фотографию, закрепленную в блок креплени спекл-фотографий, который расположен в предметной плоскости Фурье-объектива. Фурье-объектив осуществл ет преобразование Фурье светового пол за спекл-фото- графией, в результате чего в фокальной плоскости Фурье-обьектива формируютс интерференционные полосы Юнга (фринги) на заспеклованном фоне, ориентаци которых линейно св зана с направлением деформации , а рассто ние между ними - с величиной смещени . После этого блок поворота изображени вращает изображение, а цилиндрическа линза, расположенна в плоскости изображений Фурье-объектива, осуществл ет преобразование Радона над изображением фрингов на заспеклованном фоне, интегриру это изображение в направлении , перпендикул рном главной оптической оси устройства. Полученный в результате интегрировани одномерный оптический сигнал считываетс и преобразуетс в электрический сигнал при помощи линейки фотоприемников, расположенных параллельно образующей цилиндрической линзы в ее фокальной плоскости. Далее сигнал с выхода линейки фотоприемников поступает на вход блока определени периода электрического сигнала и в момент времени , когда амплитуда этого сигнала будет максимальна, определ етс период сигнала , что дает информацию о рассто нии между фрингами, а с выхода блока поворота изображени сигнал поступает на вход блока определени угла поворота изображени , что дает информацию об угле наклона фрингов. Сигналы с выходов блоков определени угла поворота и периода электрического сигнала поступают на входы устройства индикации, в котором они визуализируютс . 1 ил. СО VI XJ 00 ел го The invention relates to the field of speckle photo processing and may find application in the study of displacements and deformations of diffuse objects by speckle structure photo-registration. The goal is to increase productivity and processing accuracy. The laser beam, passing through the diaphragm, transmits a speckle photograph mounted in a speckle photograph mount unit, which is located in the object plane of the Fourier lens. The Fourier lens performs the Fourier transform of the light field behind speckle photography, as a result of which Young fringes (fringes) are formed in the focal plane of the Fourier lens against a speckled background, the orientation of which is linearly related to the direction of deformation, and the distance between them - with the amount of displacement. After that, the image rotation unit rotates the image, and a cylindrical lens located in the plane of the Fourier lens images performs Radon conversion over the image of the fringes on a speckled background, integrating this image in the direction perpendicular to the main optical axis of the device. The one-dimensional optical signal obtained as a result of integration is read out and converted into an electrical signal using a line of photodetectors arranged parallel to the generatrix of the cylindrical lens in its focal plane. Next, the signal from the output of the photodetector line is fed to the input of the period determination unit of the electric signal and at the time when the amplitude of this signal is maximum, the signal period is determined, which gives information about the distance between the fringes, and the signal is fed to the input from the output of the image rotation block the image rotation angle determining unit, which provides information about the angle of inclination of the rings. The signals from the outputs of the blocks for determining the angle of rotation and the period of the electrical signal are fed to the inputs of the indicating device in which they are visualized. 1 ill. SB VI XJ 00 eat go

Description

Изобретение относитс к обработке спекл-фотографий и может найти применение при исследовании смещений и деформаций диффузных обьектов методом фоторегистрации спекл-структуры.The invention relates to the processing of speckle photographs and may find application in the study of displacements and deformations of diffuse objects by the method of photographic recording of speckle structure.

Известны способы обработки спекл-фотографий , заключающиес в том, что оператор вручную производит определение среднего рассто ни между полосами и угла наклона полос накладыванием фотографииKnown methods for processing speckle photographs, namely, that the operator manually determines the average distance between the bands and the angle of the stripes by applying a photograph

полос на масштабную палетку, и так как угол наклона полос линейно св зан с направлением деформации, а рассто ние между полосами - с величиной смещени , то, следовательно, имеетс вс необходима информаци дл определени деформации и смещени диффузных объектов.strips on a large scale palette, and since the angle of inclination of the strips is linearly related to the direction of deformation, and the distance between the strips is related to the amount of displacement, therefore, there is all the necessary information to determine the deformation and displacement of diffuse objects.

Известный способ может быть реализован с помощью масштабной палетки (или линейки) и транспортира. Недостатком такого устройства вл етс ручной труд оператора и, как следствие, низка скорость и больша погрешность обработки спекл-фо- тографий.The known method can be implemented using a large-scale palette (or ruler) and a protractor. The disadvantage of this device is the manual labor of the operator and, as a consequence, the low speed and large error in the processing of speckle photographs.

Наиболее близким к изобретению, прин тым за прототип, вл етс устройство дл обработки спекл-фотографий, содержащее лазер и расположенные последовательно по ходу излучени диафрагму, блок креплени спекл-фотографий и объектив, установленный так, что его фокальна плоскость расположена в плоскости размещени спекл-фотографий в блоке креплени , а также систему анализа изображений, котора выполнена в виде двумерного преобразовател оптического сигнала в электрический (видикон, ПЗС-матрица и т.п.) и ЭВМ. Двумерную оптическую информацию считывают , а затем преобразуют в электрическую двумерным преобразователем типа свет- электричество и ввод т в ЭВМ, где производ т обработку этой информации сложными алгоритмическими способами с определением угла наклона полос и рассто ни между ними.Closest to the invention, adopted for the prototype, is a device for processing speckle photographs, comprising a laser and a diaphragm arranged sequentially along the radiation, a speckle photograph mount unit and a lens mounted so that its focal plane is located in the speckle positioning plane photos in the mount unit, as well as an image analysis system, which is made in the form of a two-dimensional converter of the optical signal into electric (Vidicon, CCD matrix, etc.) and a computer. Two-dimensional optical information is read and then converted into an electric two-dimensional light-electricity converter and input into a computer, where this information is processed by complex algorithmic methods to determine the angle of inclination of the bands and the distance between them.

Существенным недостатком такого устройства вл етс то, что несмотр на большое быстродействие современных компьютеров процедура обработки изображени полос (определение угла наклона и рассто ни между ними) занимает много времени.A significant drawback of such a device is that despite the high speed of modern computers, the processing of strip images (determining the angle of inclination and the distance between them) takes a lot of time.

Другим, не менее существенным недостатком вл етс то, что, так как обрабатываемое изображение полос вл етс сильно зашумленным (из-за спекловой структуры) даже при помощи сложных современных алгоритмов , не всегда удаетс достаточно точно определить рассто ние между полосами и угол их наклона.Another, no less significant drawback is that, since the processed image of the strips is very noisy (due to the speckle structure) even with the help of sophisticated modern algorithms, it is not always possible to accurately determine the distance between the strips and their angle of inclination.

Целью изобретени вл етс повышение производительности и точности обра- . ботки спекл-фотографий.The aim of the invention is to increase the productivity and accuracy of the image. speckle photo boots.

Поставленна цель достигаетс тем, что устройство дл обработки спекл-фотографий , содержащее лазер и расположенные последовательно по ходу излучени диафрагму , блок креплени спекл-фотографий и объектив, установленный так, что его фокальна плоскость расположена в плоскости размещени спекл-фогографий в блоке креплени , и систему анализа изображений , снабжено последовательно установленными по ходу излучени за объективомThe object is achieved in that a speckle photograph processing device comprising a laser and a diaphragm arranged sequentially in the direction of radiation, a speckle photograph mount unit and a lens mounted so that its focal plane is located in the speckle-image plane in the mount unit, and image analysis system, equipped with sequentially installed along the radiation behind the lens

блоком поворота изображений, цилиндрической линзой, размещенной в плоскости изображений объектива, и линейкой фотоприемников , расположенных в фокальной плоскости цилиндрической линзы, ориентированной параллельно ее образующей, а система анализа изображени выполнена в виде блока определени периода электрического сигнала, вход которого электрически св зан с выходом линейкиan image rotation unit, a cylindrical lens placed in the image plane of the lens, and a line of photodetectors located in the focal plane of the cylindrical lens, oriented parallel to its generatrix, and the image analysis system is made in the form of an electric signal period determining unit whose input is electrically connected to the output of the line

фотоприемников, блока определени угла поворота, вход которого электрически св зан с выходом блока поворота изображений , и узла индикации, входы которого электрически св заны с выходами блоковphotodetectors, a rotation angle determination unit, the input of which is electrically connected to the output of the image rotation unit, and an indication unit, the inputs of which are electrically connected to the outputs of the blocks

определени периода электрического сигнала и определени угла поворота.determining an electrical signal period; and determining a rotation angle.

На чертеже представлена блок-схема предлагаемого устройства, где 1 -лазер, 2 - диафрагма, 3 - блок креплени епекл-фотографий , 4 - объектив, 5 - блок поворота изображени , 6- цилиндрическа линза,The drawing shows a block diagram of the device according to the invention, where 1 is a laser, 2 is a diaphragm, 3 is an attachment unit for photographs, 4 is a lens, 5 is an image rotation unit, 6 is a cylindrical lens,

7- линейка фотоприемников, 8 - блок определени угла поворота, 9 - блок определени периода электрического сигнала, 10 узел индикации.7 - a line of photodetectors, 8 - a block for determining the angle of rotation, 9 - a block for determining the period of an electric signal, 10 an indication unit.

Устройство содержит лазер 1 типа ЛГ- 38, объектив 4 типа ЮПИТЕР. В качестве блока вращени изображени 5 может использоватьс призма Дове либо ее зеркальный аналог. В за вл емом устройстве применен зеркальный аналог призмы Дове, закрепленный в механическую систему вращени , снабженную датчиками угла поворота , В качестве линейки фотоприемников 7The device contains a laser of type 1 LG-38, a lens of type 4 JUPITER. The Dove prism or its mirror analogue can be used as the image rotation unit 5. In the inventive device, a mirror analogue of the Dove prism is used, mounted in a mechanical rotation system equipped with rotation angle sensors, as a line of photodetectors 7

использована ПЗС-линейка Координата.used CCD-coordinate line.

8качестве блока определени угла поворота 8 использовано стандартное электронное устройство, выполненное в виде цифрового счетчика, считывающего информацию из8 as a unit for determining the angle of rotation 8 used a standard electronic device, made in the form of a digital counter that reads information from

блока вращени изображени 5 в момент по влени разрешающего сигнала, вырабатываемого при максимальной амплитуде электрического сигнала, снимаемого с ЛЗС- линейки 7. В блоке 9 определени периодаof the image rotation unit 5 at the time of the occurrence of the enable signal generated at the maximum amplitude of the electric signal taken from the LSS line 7. In the period determination unit 9

электрического сигнала в качестве устройства , определ ющего максимальную амплитуду электрического сигнала, снимаемого с ПЗС-линейки, может использоватьс набор пороговых устройств, работающих во всем динамическом диапазоне изменени амплитуды электрического сигнала. В за вл емом устройстве дл этого использован цифровой вольтметр, работающий в режиме определени максимума сигнала. Период электрического сигнала определ лс приan electric signal as a device that determines the maximum amplitude of an electric signal taken from a CCD array, a set of threshold devices can be used that operate over the entire dynamic range of the amplitude of the electric signal. The inventive device uses a digital voltmeter for this purpose, operating in the mode of determining the maximum signal. The period of the electrical signal was determined at

помощи частотомера. В качестве узла индикации 10 использованы известные светодиодные индикаторы с соответствующими дешифраторами,help frequency counter. As the display unit 10, well-known LED indicators with appropriate decoders are used,

Работа устройства заключаетс в следующем .The operation of the device is as follows.

Тонким лазерным лучом, исход щим из лазера 1 и проход щим через диафрагму 2, просвечивают спекл-фотографию, закрепленную в блоке креплени спекл-фотогра- фий 3, затем при помощи объектива 4 осуществл ют преобразование Фурье светового пол за спекл-фотографией, в результате чего в фокальной плоскости объектива формируютс пр молинейные интерференционные полосы на заспеклованном фоне, ориентаци которых линейно св зана с направлением деформации, а рассто ние между ними - с величиной смещени деформированного объекта. После этого при помощи блока поворота изображений 5 изображение вращаетс , затем при помощи цилиндрической линзы 6 осуществл етс преобразование Радона изображени полос на заспеклованном фоне интегрированием изображени вдоль образующей цилиндрической линзы (т.е. в направлении , перпендикул рном оптической осм устройства), далее полученный в результате интегрировани одномерный оптический сигнал считываетс и преобразуетс в электрический сигнал при помощи линейки фотоприемников 7, расположенных параллельно образующей цилиндрической линзы. По моменту времени, когда амплитуда электрического сигнала, считываема с линейки фотоприемников 7, достигает своего максимума, суд т о направлении деформации объекта и о величине его смещени . Максимум амплитуды электрического сигнала будет достигнут в момент времени, когда угол, на который блок поворота изображений 5 повернет изображение полос, будет таким , что направление полос будет перпендикул рно направлению, вдоль которого происходит интегрирование изображени цилиндрической линзой б. В этот момент времени блок определени угла поворота 8 считывает из блока поворота изображени 5 на какой угол было повернуто изображение , а блок определени периода электрического сигнала 9 дает информацию о периоде электрического сигнала (г е рассто нии между полосами).A thin laser beam emanating from laser 1 and passing through the diaphragm 2 illuminates the speckle photograph mounted in the speckle mount 3, then using the lens 4, the Fourier transform of the light field behind the speckle photograph is performed, resulting which, in the focal plane of the lens, linear interference fringes are formed against a speckled background, the orientation of which is linearly related to the direction of deformation, and the distance between them is related to the amount of displacement of the deformed object. After that, with the help of the image rotation unit 5, the image is rotated, then, with the help of a cylindrical lens 6, Radon transforms the image of the bands against a speckled background by integrating the image along the generatrix of the cylindrical lens (i.e., in the direction perpendicular to the optical osm device), further obtained in as a result of integration, a one-dimensional optical signal is read and converted into an electrical signal using a line of photodetectors 7 located parallel to the cylinder cal lens. At the point in time when the amplitude of the electric signal read from the line of photodetectors 7 reaches its maximum, the direction of the deformation of the object and the magnitude of its displacement are judged. The maximum amplitude of the electric signal will be reached at the time when the angle by which the image rotation unit 5 rotates the image of the stripes is such that the direction of the stripes is perpendicular to the direction along which the image is integrated by the cylindrical lens b. At this point in time, the rotation angle determination unit 8 reads from the image rotation unit 5 what angle the image was rotated, and the period determination unit of the electrical signal 9 gives information about the period of the electrical signal (the distance between the strips).

Итак, в описанном устройстве обработка спекл-фотографий производитс по мереSo, in the described device, speckle photo processing is performed as

поступлени информации об изображении полос, т.е. в реальном масштабе времени, и не зависит от степени зашумленности изо- боэжени полос. Врем обработки спекл- фотографий прототипом, описанным в 2,receipt of information about the image of the bands, i.e. in real time, and does not depend on the degree of noise in the image of the bands. Speckle photos processing time by the prototype described in 2,

зависит от степени зашумленности изображени полос, его контраста, мощности примен емого компьютера и, как правило, имеет пор док минут. Точность определени угла наклона полос зависит от отношени длины полосы, определ емой апертурой оптической системы к ее ширине, и в за вл емом устройстве была не хуже, чем 1°, при этом она также не зависит от степени зашумленности изображени полос , в то врем как у прототипа этот параметр сильно зависит от шумового фона и составл ет несколько градусов.depends on the degree of noise of the image of the bands, its contrast, the power of the computer used and, as a rule, has the order of minutes. The accuracy of determining the angle of inclination of the bands depends on the ratio of the band length determined by the aperture of the optical system to its width, and in the claimed device was no worse than 1 °, while it also does not depend on the degree of noise of the image of the bands, while for a prototype, this parameter is highly dependent on the background noise and amounts to several degrees.

Claims

The claims

A speckle photo processing apparatus comprising a laser arranged in series along the iris, a speckle photo mount unit and a lens mounted so that its focal plane is located in the speckle photo placement plane in the mount unit, and an image analysis system, characterized in in order to increase productivity and accuracy

processing, it is equipped with an image rotation unit sequentially installed along the radiation behind the lens, a cylindrical lens placed in the image plane of the lens, and Yakoy line of photodetectors located in the focal plane of the cylindrical lens oriented parallel to its generatrix, and the image analysis system is made in the form of a determination unit period

an electrical signal, the input of which is electrically connected to the output of the line of photodetectors, a rotation detection unit, the input of which is electrically connected to the output of the rotation unit is pictured, and an indication unit, the inputs of which are electrically connected to the outputs of the electrical period determination unit and the rotation angle determination unit.