RU2101744C1 - Color visualizer of fields of optical density - Google Patents
Color visualizer of fields of optical density Download PDFInfo
- Publication number
- RU2101744C1 RU2101744C1 RU95108833A RU95108833A RU2101744C1 RU 2101744 C1 RU2101744 C1 RU 2101744C1 RU 95108833 A RU95108833 A RU 95108833A RU 95108833 A RU95108833 A RU 95108833A RU 2101744 C1 RU2101744 C1 RU 2101744C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- color
- source
- bichromatic
- slit
- visualizer
- Prior art date
Links
Landscapes
- Spectrometry And Color Measurement (AREA)
Abstract
Description
Изобретение предназначено для цветной визуализации в реальном времени полей оптической плотности и может найти применение в научных исследованиях и в промышленных технологиях, связанных с необходимостью бесконтактного контроля структуры газовых и конденсированных сред. The invention is intended for real-time color visualization of optical density fields and can be used in scientific research and in industrial technologies related to the need for contactless monitoring of the structure of gas and condensed media.
Известны устройства такого назначения. В [1] описана система, представляющая собой стандартную черно-белую теневую трубу, в которой псевдоокрашивание тенеграмм осуществляется средствами электронно-вычислительной техники. Недостатком является ограниченное быстродействие, связанное с последовательным режимом обработки массива данных, соответствующего изображения тенеграмм, и потеря информации о знаке градиента оптического поля плотности. Known devices for this purpose. In [1], a system is described, which is a standard black-and-white shadow tube in which pseudo-coloring of shadowgrams is carried out by means of electronic computer technology. The disadvantage is the limited performance associated with the sequential processing mode of the data array corresponding to the image of the shadow diagrams and the loss of information about the sign of the gradient of the optical density field.
Другое устройство, описанное в [2] представляет собой прибор, в котором содержится щелевой источник белого света и сопряженный с ним бихроматический нож Фуко. Недостатком устройства является низкая чувствительность из-за технологических проблем формирования визуализирующей кромки и узкополосных цветных фильтров бихроматического ножа Фуко. Another device described in [2] is a device that contains a slit white light source and a Foucault bichromatic knife coupled to it. The disadvantage of this device is its low sensitivity due to technological problems in the formation of the visualizing edge and narrow-band color filters of the Foucault bichromatic knife.
Ближайшим аналогом изобретения является цветной визуализатор, описанный в [3] Он представляет собой теневой прибор, в котором бихроматический узкополосный щелевой источник оптически сопряжен с биквадрантным фильтром Фуко-Гильберта, а выходной сигнал регистрируется цветной видеокамерой. Такая конфигурация успешно решает проблему цветной визуализации в реальном времени проекции градиента оптического поля плотности в направлении, перпендикулярном щели. При этом выполняется хроматическое кодирование знака визуализированной проекции градиента коэффициента преломления. Основной недостаток этого устройства состоит в невозможности получения информации о двумерном пространственном распределении. The closest analogue of the invention is the color visualizer described in [3]. It is a shadow device in which a dichromatic narrow-band gap source is optically coupled to a Foucault-Hilbert filter and the output signal is recorded by a color video camera. This configuration successfully solves the problem of real-time color visualization of the projection of the gradient of the optical density field in the direction perpendicular to the gap. In this case, chromatic coding of the sign of the visualized projection of the gradient of the refractive index is performed. The main disadvantage of this device is the impossibility of obtaining information about the two-dimensional spatial distribution.
В основу изобретения положена задача создания визуализатора, который позволяет визуализировать градиент двумерного оптического поля плотности. Задача решается тем, что в цветном визуализаторе полей оптической плотности, содержащем последовательно расположенные формирующий объектив с бихроматическим щелевым источником в передней фурье-плоскости, фурье-сопряженным с формирующим приемным объективом, в задней фурье-плоскости которого помещен биквадрантный фильтр Фуко-Гильберта, согласованный с щелевым источником, видеокамеру с подключенными к ней системой обработки изображения и видеорегистрирующим устройством, согласно изобретению, дополнительно введены: второй бихроматический щелевой источник, ортогональный первому и оптически сопряженный с биквадрантным фильтром Фуко-Гильберта, коммутатор бихроматических щелевых источников и синхронизатор, выход которого подключен к управляющим входам коммутатора бихроматических щелевых источников, видеорегистрирующего устройства и системы обработки изображения. The basis of the invention is the task of creating a visualizer that allows you to visualize the gradient of a two-dimensional optical density field. The problem is solved in that in a color visualizer of optical density fields containing a sequentially located forming lens with a bichromatic slit source in the front Fourier plane, Fourier-conjugate to the forming receiving lens, in the rear Fourier plane of which is placed a Foucault-Hilbert biquadrant filter, consistent with a slit source, a video camera with an image processing system and a video recorder connected to it, according to the invention, additionally introduced: a second bichromatic A slit source, orthogonal to the first and optically coupled to a Foucault-Hilbert biquadrant filter, a switch for bichromatic slot sources and a synchronizer, the output of which is connected to the control inputs of the switch for bichromatic slot sources, a video recorder, and an image processing system.
На чертеже приведена схема предлагаемого визуализатора. The drawing shows a diagram of the proposed visualizer.
Визуализатор содержит бихроматический крестообразный источник, в котором последовательно размещены световые излучатели 1 и 2, согласующие линзы 3 и 4, светопроводы 5 и 6, выходные каналы которых образуют ортогонально ориентированные в пространстве щелевые источники 7 и 8 с бихроматическими фильтрами, рекомбинационный элемент 9 в виде, например, кубика с рекомбинирующей диагональной плоскостью, объектив 10, проектирующий изображения щелевых источников 7 и 8 на крестообразную щелевую маску 11, размещенную в передней фурье-плоскости формирующего объектива 12. Приемный объектив 13 фурье-сопряжен с формирующим объективом 12. В задней фурье-плоскости приемного объектива 13 установлен биквадрантный фильтр Фуко-Гильберта 14, оптически сопряженный с бихроматическим крестообразным источником. Последовательно за биквадрантным фильтром Фуко-Гильберта установлена цветная видеокамера 15. Выход синхронизатора 16 подключен к управляющим входам коммутатора световых излучателей, системы обработки изображений 18 и видеорегистрирующего устройства 19, сигнальные входы которых подсоединены к выходу видеокамеры. The visualizer contains a bichromatic cross-shaped source, in which light emitters 1 and 2, matching lenses 3 and 4, optical fibers 5 and 6 are sequentially placed, the output channels of which form gap sources 7 and 8 with orthogonally oriented in space with bichromatic filters, the recombination element 9 in the form for example, a cube with a recombining diagonal plane, a lens 10 projecting images of the slot sources 7 and 8 onto a cross-shaped slot mask 11 located in the front Fourier plane of the forming about the lens 12. The receiving lens 13 is Fourier-conjugated to the forming lens 12. In the rear Fourier plane of the receiving lens 13 is mounted a Foucault-Hilbert filter 14, optically coupled to a bichromatic cross-shaped source. A color video camera 15 is installed sequentially behind the Foucault-Hilbert bi-quadrant filter. The output of the synchronizer 16 is connected to the control inputs of the light emitter switch, the image processing system 18 and the video recorder 19, the signal inputs of which are connected to the output of the video camera.
В данном устройстве световой источник представляет собой суперпозицию двух ортогонально ориентированных и последовательно во времени коммутируемых щелевых источников. Один из них образован световым излучателем 1, согласующей линзой 3, световодом 5, имеющим световую конфигурацию выходного конца с бихроматическим фильтром 7, рекомбинационным элементом 9, объективом 10 и соответствующей щелевой маской 11. Другой щелевой источник образован элементами 2, 4, 6, 8, 10 и второй щелевой компонентой в крестообразной маске. Цветовые компоненты каждого из бихроматических источников выбирают в разнесенных спектральных областях излучения (например, в красной и зеленой). In this device, a light source is a superposition of two orthogonally oriented and sequentially switched slot-type sources. One of them is formed by a light emitter 1, a matching lens 3, a light guide 5 having a light configuration of the output end with a bichromatic filter 7, a recombination element 9, a lens 10 and a corresponding slot mask 11. Another slot source is formed by elements 2, 4, 6, 8, 10 and a second slit component in a cross mask. The color components of each of the bichromatic sources are selected in the separated spectral regions of the radiation (for example, in red and green).
Визуализатор действует следующим образом. Объектив 12 выполняет фурье-преобразование функций S1 и S2, описывающих бихроматические щелевые источники:
Здесь λ1 и λ2 длины волн излучения, 2b длина щелевого источника, 2а его ширина, a/b <<1. Оптические неоднородности, присутствующие в исследуемой среде, вызывают фазовую модуляцию волнового фронта световой волны, описываемой фурье-трансформантой функции бихроматического щелевого источника. Приемный объектив 13 выполняет обратное фурье-преобразование оптического сигнала, представляющего произведение фурье-образа функции источника и функции, описывающей фазовые свойства исследуемой среды. Поэтому в пространственно-частотной плоскости объектива 13 оптическое поле определяется сверткой функции щелевого источника и фурье-образа фазовой функции среды. В фурье-плоскости объектива 13 помещен фильтр Фуко-Гильберта, выполняющий преобразование
частота. Поскольку световой источник сформирован в виде бихроматической щели, оптически сопряженной с фильтром, поле непосредственно за фильтром является суперпозицией двух хроматически окрашенных световых сигналов, возникающих из-за преломления световой волны на фазовых неоднородностях в среде. Для источника S1, ориентированного вдоль оси y0, сопряженной с осью пространственных частот ωy, световой сигнал на длине волны λ1 соответствует пространственным частотам ωx, а сигнал на длине волны λ2 - отрицательным пространственным частотам (-ωx). Соответственно для бихроматического щелевого источника S2, ориентированного по оси x0, оптически сопряженной с осью пространственных частот ωx, световой сигнал на длине волны λ1 соответствует положительным пространственным частотам (-ωy), а сигнал на длине волны λ2 отрицательным пространственным частотам ωy. Оптическая система видеокамеры выполняет обратное фурье-преобразование сигнала, сформированного на выходе фильтра Фуко-Гильберта. Гильберт-преобразование в фурье-плоскости сводится к умножению спектра исследуемого сигнала на функцию [4]
H(ω) = jsgn(ω) (3).The visualizer operates as follows. The lens 12 performs the Fourier transform of the functions S 1 and S 2 describing the bichromatic gap sources:
Here, λ 1 and λ 2 are the radiation wavelengths, 2b is the length of the gap source, 2a is its width, a / b << 1. The optical inhomogeneities present in the medium under study cause phase modulation of the wavefront of the light wave described by the Fourier transform of the function of the bichromatic gap source. The receiving lens 13 performs the inverse Fourier transform of the optical signal representing the product of the Fourier image of the source function and the function that describes the phase properties of the medium under study. Therefore, in the spatial frequency plane of the lens 13, the optical field is determined by the convolution of the function of the gap source and the Fourier image of the phase function of the medium. In the Fourier plane of the lens 13 is placed the Foucault-Hilbert filter that performs the conversion
frequency. Since the light source is formed in the form of a bichromatic gap optically coupled to the filter, the field immediately after the filter is a superposition of two chromatically colored light signals arising from the refraction of the light wave by phase inhomogeneities in the medium. For the source S 1 oriented along the y 0 axis conjugated with the spatial frequency axis ω y , the light signal at wavelength λ 1 corresponds to spatial frequencies ω x , and the signal at wavelength λ 2 corresponds to negative spatial frequencies (-ω x ). Accordingly, for a bichromatic slot source S 2 oriented along the x 0 axis optically conjugated to the spatial frequency axis ω x , the light signal at wavelength λ 1 corresponds to positive spatial frequencies (-ω y ), and the signal at wavelength λ 2 to negative spatial frequencies ω y . The optical system of the video camera performs the inverse Fourier transform of the signal generated at the output of the Foucault-Hilbert filter. The Hilbert transform in the Fourier plane reduces to multiplying the spectrum of the signal under study by a function [4]
H (ω) = jsgn (ω) (3).
Поэтому выходной сигнал после обратного преобразования содержит гильберт-трансформанту фазовой функции φ, характеризующей распределение оптической плотности в исследуемой среде [3] Для выходного сигнала, соответствующего бихроматическому щелевому источнику S1, имеем:
Аналогично для ортогонального бихроматического щелевого источника S2 получаем выходной сигнал:
где A1 и B1 квазипостоянные величины, характеризующие аддитивный и мультипликативный фон, несущественный для результатов анализа выходного сигнала;
i индекс, соответствующий длине волны λi в излучении бихроматического источника;
φ функция, описывающая распределение слабых фазовых неоднородностей в исследуемой среде;
Hx(φ) и Hy(φ) соответственно x и y компоненты гильберт-преобразования поля оптической плотности φ;
(-1)1 sgn(Hx,y) знаковая функция гильберт-трансформанты S1F;
S2F фурье-образы функций источников S1 и S2.Therefore, the output signal after the inverse transformation contains a Hilbert transform of the phase function φ characterizing the distribution of optical density in the medium under study [3] For the output signal corresponding to the bichromatic gap source S 1 , we have:
Similarly, for the orthogonal bichromatic slit source S 2 we get the output signal:
where A 1 and B 1 quasi-constant values characterizing the additive and multiplicative background, insignificant for the results of the analysis of the output signal;
i is the index corresponding to the wavelength λ i in the radiation of the bichromatic source;
φ is a function describing the distribution of weak phase inhomogeneities in the medium under study;
H x (φ) and H y (φ), respectively, x and y are the components of the Hilbert transform of the optical density field φ;
(-1) 1 sgn (H x, y ) sign function of the Hilbert transform S 1F ;
S 2F Fourier transforms of source functions S 1 and S 2 .
Из (4) и (5) видно, что интенсивность выходного сигнала представляет собой суперпозицию гильберт-трансформанты оптической плотности исследуемой среды и фона. При этом осуществляется цветовая кодировка знака гильберт-образа. From (4) and (5) it is seen that the intensity of the output signal is a superposition of the Hilbert transform of the optical density of the studied medium and background. In this case, the color coding of the sign of the Hilbert image is carried out.
Операция гильберт-преобразования, как известно [4] имеет некоторое сходство с пространственным дифференцированием. Поэтому гильберт-образ выходного оптического сигнала отображает градиентные свойства пространственного распределения коэффициента преломления в исследуемой среде. Визуализируются оптические неоднородности, проекция градиента которых направлена ортогонально большей стороне щели щелевого источника. The operation of the Hilbert transform, as is known [4], has some similarities with spatial differentiation. Therefore, the hilbert image of the output optical signal reflects the gradient properties of the spatial distribution of the refractive index in the medium under study. Optical inhomogeneities are visualized, the gradient projection of which is directed orthogonally to the larger side of the slit of the slot source.
Коммутация щелевых источников S1 и S2 синхронизируется с коммутацией каналов системы обработки изображений 18 и видеорегистрирующего устройства 19. Система позволяет визуализировать градиент двумерного распределения оптического поля плотности в исследуемой среде. При этом регистрируется динамика изменения двумерных полей плотности в спектральной полосе, верхняя граница которой , где fк частота коммутирования каналов. Это соотношение удовлетворяет известной теореме отсчетов Котельникова, согласно которой частота регулярной выборки должна вдвое превышать наивысшую частоту в спектре исследуемого процесса. Например, при частоте коммутации f 40 Гц осуществляется цветная визуализация двумерного поля оптической плотности в полосе частот 10 гЦ.The switching of gap sources S 1 and S 2 is synchronized with the switching of channels of the image processing system 18 and the video recording device 19. The system allows you to visualize the gradient of the two-dimensional distribution of the optical density field in the medium under study. In this case, the dynamics of changes in two-dimensional density fields in the spectral band is recorded, the upper boundary of which where f to the frequency of switching channels. This relation satisfies the well-known Kotelnikov counting theorem, according to which the frequency of a regular sample should be twice as high as the highest frequency in the spectrum of the process under study. For example, at a switching frequency of f 40 Hz, color visualization of a two-dimensional field of optical density in the frequency band of 10 Hz is carried out.
Таким образом, предложенное устройство позволяет в реальном времени осуществлять цветную визуализацию градиента двумерных полей оптической плотности с хроматическим кодированием знака градиента. Thus, the proposed device allows real-time color visualization of the gradient of two-dimensional fields of optical density with chromatic coding of the sign of the gradient.
Предложенное устройство реализовано в виде лабораторного действующего макета. The proposed device is implemented in the form of a laboratory operating layout.
Источники информации
1. Арбузов В.А, Полещук А.Г. Федоров В.А. Лазерная цветовая диагностика оптически сред //Тезисы докл. Всесоюзной конференции "Автоматизация научных исследований на основе ЭВМ". Новосибирск, 14-18.09.1974.Sources of information
1. Arbuzov V.A., Poleshchuk A.G. Fedorov V.A. Laser color diagnostics of optical media // Abstracts dokl. All-Union Conference "Computer-based Automation of Scientific Research". Novosibirsk, September 14-18, 1974.
2. Васильев Л.А. Теневые методы. М. Наука. 1986. 400 c. 2. Vasiliev L.A. Shadow methods. M. Science. 1986. 400 c.
3. V.A. Arbuzov, Yu.N. Dubnistchev. Real-time coloured visualization of phase flows by the schliren method//Optics and Laser Technology. 1991. V.23, N 2, p.118-120. 3. V.A. Arbuzov, Yu.N. Dubnistchev. Real-time colored visualization of phase flows by the schliren method // Optics and Laser Technology. 1991. V.23, N 2, p. 118-120.
4. Сороко. Гильберт-оптика. М. Наука. 1981. -С.160. 4. Forty. Hilbert optics. M. Science. 1981.-S. 160.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU95108833A RU2101744C1 (en) | 1995-05-30 | 1995-05-30 | Color visualizer of fields of optical density |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU95108833A RU2101744C1 (en) | 1995-05-30 | 1995-05-30 | Color visualizer of fields of optical density |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU95108833A RU95108833A (en) | 1996-12-20 |
RU2101744C1 true RU2101744C1 (en) | 1998-01-10 |
Family
ID=20168317
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU95108833A RU2101744C1 (en) | 1995-05-30 | 1995-05-30 | Color visualizer of fields of optical density |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2101744C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2681672C1 (en) * | 2018-04-16 | 2019-03-12 | Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Новосибирский Государственный Технический Университет" | Phase optical density fields in the gaseous and condensed media visualization method |
RU2752283C1 (en) * | 2020-10-28 | 2021-07-26 | Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Образования «Новосибирский Государственный Технический Университет» | Method for visualizing phase optical density fields in gaseous and condensed media and device for its implementation |
-
1995
- 1995-05-30 RU RU95108833A patent/RU2101744C1/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Optics and Lazer Technology. 1991, v. 23, N 2, p. 118 - 120. * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2681672C1 (en) * | 2018-04-16 | 2019-03-12 | Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Новосибирский Государственный Технический Университет" | Phase optical density fields in the gaseous and condensed media visualization method |
RU2752283C1 (en) * | 2020-10-28 | 2021-07-26 | Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Образования «Новосибирский Государственный Технический Университет» | Method for visualizing phase optical density fields in gaseous and condensed media and device for its implementation |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU95108833A (en) | 1996-12-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4361403A (en) | Multiple wavelength instrument for measurement of particle size distributions | |
JP6716121B2 (en) | Digital holographic microscope | |
US4245909A (en) | Optical instrument for measurement of particle size distributions | |
JPS59500488A (en) | Optical processing method and device using holography | |
CA2554222A1 (en) | Method and apparatus for multi-mode spectral imaging | |
US3977795A (en) | Method of determining the modulation transfer function | |
CN110455834B (en) | X-ray single exposure imaging device and method based on light intensity transmission equation | |
CN106017683A (en) | Obtaining spectral information from a moving object | |
US3746455A (en) | Dimensional measurement technique using optical filtering | |
RU2101744C1 (en) | Color visualizer of fields of optical density | |
Jackson | Analysis of variable-density seismograms by means of optical diffraction | |
EP2893402B1 (en) | Method for recording gabor hologram and holographic probe device | |
CN113092386A (en) | Self-capacitance type Mueller matrix measuring method and device | |
EA018804B1 (en) | Interferometric system with spatial carrier frequency capable of imaging in polychromatic radiation | |
CN109060761B (en) | High-speed Raman spectrum scanning imaging method and device with three-dimensional high spatial resolution | |
RU2608012C2 (en) | Two-channel diffraction phase-contrast microscope | |
US4514059A (en) | Incoherent optical heterodyne Fourier transformer | |
RU199542U1 (en) | Hyperspectral optical microscope attachment | |
KR101170896B1 (en) | Module device for digital hologram microscope | |
CN115508281B (en) | PBS-based dual-channel high-transmittance pure liquid crystal spectrum polarization imaging system and measurement method | |
JP2003507708A (en) | Optical inspection system based on spatial filtering using refractive index grating | |
CN109668633A (en) | Light spectrum image-forming complex probe method based on AOTF | |
Carnevale et al. | Spatial coherence analysis by interferometric methods | |
RU435716C (en) | Optoelectronic device for determining coordinates of energetic center of two-dimensional emitter | |
SU1182255A1 (en) | Method of interference measurements |