SU1125635A1

SU1125635A1 - Optical information processing device

Info

Publication number: SU1125635A1
Application number: SU833638841A
Authority: SU
Inventors: Борис Иделевич Спектор
Original assignee: Новосибирский государственный университет им.Ленинского комсомола
Priority date: 1983-08-29
Filing date: 1983-08-29
Publication date: 1984-11-23

Abstract

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПТИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ, содержащее последовательно расположенные на оптической оси источник монохроматического излучени , коидёнсорную линзу , отражательный пространственночастотный фильтр, снабженный корректирующей микроапертурой, первый Фурье-преобразующий элемент, отражающий пространственный модул тор света, который оптически св зан через первый Фурьё-преобразующий элемент , отражательный пространственночастотный шьтр и второй Фурье-преобразукщий элемент с входом регистрирующего блока, причем первый и второй Фурье-преобразующие элементы выполнены в ввде зеркальных сегментов , электрический вход отражающего пространственного модул тора света вл етс входом устройства, а выход регистрирующего блока - выход М4 уст ррйства, отличающеес тем, что, с целью повышени точности , в него введен модул тор света, расположенный между источником монохр 1атического излучени и конденсорной линзой, второй Фурье-преобразующий элемент снабжен механизмом двухкоординатного перемещени перпендикул рно оптической оси, а реги-f стрирук ций блок выполнен в виде интегратора.DEVICE FOR OPTICAL INFORMATION PROCESSING comprising sequentially located on the optical axis of the source of monochromatic radiation koidonsornuyu lens reflective prostranstvennochastotny filter is provided with correcting mikroaperturoy first-transforming the Fourier element reflective spatial light modulator which is optically coupled through the first Furo-conversion element, reflective spatial frequency and second Fourier transform element with the input of the recording unit, moreover The first and second Fourier transform elements are made in the entrance of mirror segments, the electrical input of the reflecting spatial light modulator is the device input, and the output of the recording unit is the output M4 of the device, characterized in that, in order to improve the accuracy, a modulator is entered into it light, located between the source of monochrome radiation and the condenser lens, the second Fourier transform element is equipped with a two-coordinate mechanism perpendicular to the optical axis, and the register-f s block is in the form of the integrator.

Description

Изобр.етение относитс к аналоговой вычислительной технике, а именно к устройствам, в которых математические операхщи выполн ютс с помощью оптических элементов.The image refers to analog computing, namely, devices in which mathematical operators are performed using optical elements.

Известно устройство дл оптической обработки информации, в котором дл получени взаимно коррел цион ной функции используетс согласованный голографический фильтр fl . A device for optical information processing is known, in which a matched holographic filter fl is used to obtain a mutually correlation function.

Однако температурные и механические воздействи на элементы оптической схемы оказывают сильное вли ние на точность вычислений.However, temperature and mechanical effects on the elements of the optical circuit have a strong influence on the accuracy of calculations.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату вл етс устройство дл оптической обработки информации, со-; держащее последовательно расположен-i ные на оптической оси источник монохроматического излучени , конденсорную линзу, отражательный пространственно-частотный фильтр, снабженньй . корректирующей микроапертурой, первьй Фурье-преобразующий элемент, отражающий пространственный модул тор света, который оптически св зан через первый Фурье-преобразующий элемент, отражательный пространственно-частотный фильтр и второй Фурье-преобразующий элемент, с входом регистрирзтощего блока, причем первый и второй Фурьепреобразующие элементы выполнены в виде зеркальных сегментов, электрический вход отражанщего пространственного модул тора света вл етс входом устройства, а выход регистрирующего блока - выходом устройства 23.The closest to the invention in technical essence and the achieved result is a device for optical information processing, co; A monochromatic radiation source holding sequentially located on the optical axis, a condenser lens, a reflective spatial-frequency filter, equipped with. corrective micro-aperture, the first Fourier transform element, a reflective spatial light modulator, which is optically coupled through the first Fourier transform element, a reflective spatial frequency filter and the second Fourier transform element, with the input of the registering unit, the first and second Fourier transform elements in the form of mirror segments, the electrical input of a reflecting spatial light modulator is the input of the device, and the output of the recording unit is the output of devices a 23

Однако известное устройство характеризуетс недостаточно высокой точностью (низкое отношение сиг- . нал/шум), невысоким коэффициентом использовани энергии светового потока , которые обусловлены самой гопографической формой записи фильтра, особенно отражательного.However, the known device is characterized by an insufficiently high accuracy (low signal-to-noise / noise ratio), a low utilization of the energy of the light flux, which are caused by the very topographic form of the filter recording, especially the reflective one.

Цель изобретени - повьшение точности и увеличение коэффициента использовани энергии светового потока.The purpose of the invention is to increase the accuracy and increase the utilization of the energy of the light flux.

Поставленна цель достигаетс тем, что в устройство, содержащее последовательно расположенные на оптической оси источник монохроматического излучени , конденсорнзпо линзу, отражательный пространственно-частотный фильтр, снабженный корректирующей микроапертурой, первый Фурье-преобразующий элемент, отражающий пространственный модул тор света, который оптически св зан через первый Фурьепреобразующий элемент, отражательный пространственно-частотный фильтр и второй Фурье-преобразующий элемент с входом регистрирующего блока, причем первый и второй Фурье-преобразующие элементы выполнены в виде зеркальных сегментов, электрический вход отражающего пространственного модул тора света вл етс входом устройства , а выход регистрирующего блока выходом устройства, введен модул тор света, расположенный между источником монохроматического излучени и конденсорной линзой, второй Фурье-преобразующий элемент снабжен механизмом двухкоординатного перемещени перпендикул рно оптической оси, а регистрирукн й блок выполнен в виде интегратора.The goal is achieved by the fact that, in a device containing a monochromatic radiation source sequentially located on the optical axis, a condenser lens, a reflective spatial-frequency filter equipped with a corrective micro-aperture, the first Fourier transform element that reflects the spatial light modulator that is optically coupled through the first The Fourier transform element, the reflective spatial-frequency filter and the second Fourier transform element with the input of the recording unit, with The first and second Fourier transform elements are made in the form of mirror segments, the electrical input of the reflective spatial light modulator is the device input, and the output of the recording unit is the output of the device, the light modulator is inserted between the monochromatic radiation source and the condenser lens, the second Fourier transducer The transforming element is equipped with a mechanism of two-coordinate movement perpendicular to the optical axis, and the recording unit is designed as an integrator.

На чертеже представлена схема устройства.The drawing shows a diagram of the device.

Устройство содержит размещенные на оптический оси источник 1 монохроматического излучени 1, модул тор 2i светаf конденсорную линзу 3, отражательньй пространственно-частотный фильтр 4, первый Фурье-преобразующий элемент 5, выполненный в виде зеркального элемента, отражающий пространственный модул тор 6 света, второй Фурье-преобразующий элемент, также выполненный в виде зеркального сегмента 7, снабженный механизмом 8 двухкоординатного перемещени , и регистрирующий блок 9.The device contains monochromatic radiation source 1 placed on the optical axis 1, light modulator 2i, condenser lens 3, reflector spatial frequency filter 4, first Fourier transforming element 5, made in the form of a mirror element, reflecting spatial light modulator 6, second Fourier a transforming element, also made in the form of a mirror segment 7, equipped with a two-coordinate movement mechanism 8, and a recording unit 9.

Устройство работает следующим образом.The device works as follows.

Луч света от источника 1, проход модул тор 2, фокусируетс конденсорной линзой 3 и через отверстие фильтра 4 попадает на первый зеркальный сегмент 5, который коллимирует луч и направл ет его на светомодулирующую поверхность модул тора 6 света, на который поступает обрабатываемое изображение. Промодулированный световой пучок возвращаетс отражающей поверхностью модул тора 6 света на первый зеркальный сегмент 5 и в виде Фурье-образа фокусируетс им на отажающую поверхность пространственночастотного фильтра 4, который в структуре устройства выполн ет функции предобработки изображений, в частности может выполн ть операции оконтуривани , улучшени качества и др. Затем луч снова отражаетс и попадает на поверхность второго зеркального сегмента 7, который выполн ет обратное преобразование Фурье и направ л ет его на регистрирующий блок 9, который формирует результат обратного Фурье преобразовани во входной плоскости блока 9. При этом, когда на модул тор 2 подаетс сигнал, cooT ветствующий значению интенсивности в одной из точек эталона, зеркальный сегмент 7, снабженный механизмом 8 двухкоординатного перемещени , устанавливаетс в положение,соответствующее этой точке эталона, в результате чего в выходной плоскости блока 9 происходит соответствующее смещение и модул ци входного изображени . А сумма таких смещений дает в коиечном итоге взаимно коррел ционную функцию. При этом блок регистрации должен обладать возможмостьк накоплени или интегрировани информаци . Причем, можно оценить характерные времена накоплени . Это врем должно быть равно произведению времени, затрачиваемому механической системой на единичный шаг на размерность эталона . Существуют задачи, в которых коли чество таких перемещений не превыша ,ет нескольких сотен. Тогда при существ щих в насто щее врем шаговых двигател х с характерными частотами 10-60 кГц общее врем не превышает 20-40 мс, что согласуетс с временем накоплени стандартных видиконов. В случае больших размерностей эталона, содержащих 10-10 элементарных смещений, в качестве регистрирующего блока возможно применение фоторегистрирующих материалов или воминофоров с большой пом тью или цифровой пам ти. За счет новой совокупности конструктивных элементов предлагаемого устройства функции пространственночастотного фильтра 4 свод тс к предварительной обработке изображени с целью выделени посто нной составл ющей входного изображени , оконтуривани и др., что в конечном итоге вли ет на величину отношени сигнал/ шум в выходной коррел ционной плоскости . Предварительное оконтуривание и устранение посто нной составл ющей приводит к значительному обострению коррел ционных пиков, что облегчает их последующее детектирование i, В сулчае, когда услови решаемой задачи не св заны с ограничением по времени, есть возможность еще большего повьш1ени точности устройства за счет возможности обойти проблемы, св занные с конечным динамическим диапазоном модул тора 2. В этом случае модул тор выполн етс бистабильным, например, в виде электромеханического устройства (затвора ) с максимальным динамическим диапазоном , а экспозици , т.е. врем , которое он открыт, устанавливаетс пропорционально значению интенсивности в данной точке эталона. При этом подвижный сегмент 7 во врем экспозиции остаетс неподвижен. В качестве регистрирующего блока могут быть использованы фоторегистрирующие материалы, обладающие большой пам тью (например, фотопленка). Дополнительным преимуществом предлагаемого технического решени вл етс возможность вычислени коррел ционных функций с гибким эталоном , т.е. поскольку эталон формируетс последовательньми сдвигами элемента 7, а управление этнми сдвигами и модул тором 2 находитс в руках исследовател , то можно в процессе обработки вводить различные коррекции формы эталона. В этом случае эталон находитс в пам ти вычислительной машины, на магнитной ленте и т.д. и может оперативно подвергатьс различного рода искажени м (изменени м).The light beam from the source 1, the passage of the modulator 2, is focused by the condenser lens 3 and through the opening of the filter 4 hits the first mirror segment 5, which collimates the beam and directs it to the light modulating surface of the modulator 6 of the light to which the processed image arrives. The modulated light beam is returned by the reflective surface of the light modulator 6 to the first mirror segment 5 and is focused by it on the outgoing surface of the spatial frequency filter 4, which in the structure of the device performs image preprocessing functions, in particular, can perform contouring operations and improve quality et al. Then the beam is again reflected and hits the surface of the second mirror segment 7, which performs the inverse Fourier transform and directs it to the register the driving unit 9, which generates the result of the inverse Fourier transform in the input plane of the block 9. At the same time, when the modulator 2 is given a signal cooT corresponding to the intensity value at one of the reference points, the mirror segment 7 equipped with the two-coordinate movement mechanism 8 is set to corresponding to this point of the reference, as a result of which, in the output plane of block 9, a corresponding displacement and modulation of the input image occurs. And the sum of such displacements gives a mutually correlation function. In this case, the registration unit must have the ability to accumulate or integrate information. Moreover, one can estimate the characteristic accumulation times. This time must be equal to the product of the time spent by the mechanical system on a single step by the dimension of the standard. There are tasks in which the number of such movements does not exceed, a few hundred. Then, with currently existing stepping motors with characteristic frequencies of 10–60 kHz, the total time does not exceed 20–40 ms, which is consistent with the accumulation time of standard vidicons. In the case of large dimensions of the standard, containing 10–10 elementary displacements, it is possible to use photo-recording materials or large-capacity homophores or digital memory as a recording unit. Due to the new set of structural elements of the proposed device, the function of the spatial frequency filter 4 is reduced to preprocessing the image in order to isolate the constant component of the input image, contour, etc., which ultimately affects the signal-to-noise ratio in the output correlation plane . Preliminary contouring and elimination of the constant component leads to a significant exacerbation of the correlation peaks, which facilitates their subsequent detection associated with the final dynamic range of the modulator 2. In this case, the modulator is bistable, for example, in the form of an electromechanical device (gate) with a maximum dyno ical range, and the exposure, ie the time that it is open is set in proportion to the intensity value at a given point of the reference. In this case, the movable segment 7 remains immobile during the exposure. Photo-recording materials with a large memory (for example, film) can be used as a recording unit. An additional advantage of the proposed technical solution is the possibility of calculating correlation functions with a flexible standard, i.e. since the standard is formed by successive shifts of element 7, and the control of the electronic shifts and the modulator 2 is in the hands of the researcher, it is possible to introduce various corrections of the form of the standard during processing. In this case, the standard is in the memory of the computer, on a magnetic tape, etc. and may promptly undergo various kinds of distortion (changes).

Claims

A DEVICE FOR OPTICAL INFORMATION PROCESSING, comprising a monochromatic radiation source, a condenser lens, a reflective spatial frequency filter equipped with a correcting micro aperture, the first Fourier transform element reflecting the spatial light modulator, which is optically coupled through the first Fourier transform element, a spatial frequency filter and a second Fourier transform element with an input of the recording unit, the first the second and second Fourier transforming elements are made in the form of mirror segments, the electrical input of the reflecting spatial light modulator is the input of the device, and the output of the recording unit is the output of the device, characterized in that, in order to increase accuracy, a light modulator is inserted into it, located between the source monochromatic radiation and a condenser lens, the second Fourier transforming element is equipped with a two-coordinate movement mechanism perpendicular to the optical axis, and the recording unit is Nen as the integrator.

SU „ _n 1125635

1 1125635 2