SU1182550A1 - Некогерентный оптический коррел тор - Google Patents

Abstract

1. НЁКОГЕРЕНТНЫЙ ОПТИЧЕСКИЙ КОРРЕШТОР, содержащий первый источник света и последовательно расположенные на одной оптической оси первый транспарант, отображающий объектив, второй транспарант, интегрирующий объектив и фотоприемник, расположенный в фокальной плоскости интегрирующего объектива, отличающийс  тем, что,- с целью повышени  точности определени  координат коррел ционной функции измен ющихс  во времени объектов, в него введены второй и третий источники света, пол ризационный и амплитудный светоделители, пол ризатор, светофильтр, блок регистрами сигнала фотоприемника и генератор токов, причем первый и второй источники света выполнены в виде матриц светодиодов , центральные светодиоды которых располохсены на оптической оси коррел тора, пол ризационный светоделитель расположен между отображаюрщм объектом и вторым транспарантом и через амплитудный светоделитель оптически св зан с первым и вторым источниками света, размещен-i ными в передней фокальной плоскости отображающего объектива, третий источник света оптически св зан с вторым транспарантом, пол ризатЙр и светофильтр размещены последовательно между вторым транспарантом и интегрирующим объективом, выход фотоприемника соединен с входом блока регистрации сигнала фотоприемника, первый и второй выходы которого соединены с входом третьего источника света иГ с первым входом генератора токов соответственно, первый и второй выходы генератора токов соединены соответственно с входами первого и второго источников света, третий и четвертый выходы генератора токов  вл ютс  вьйсодами коррел тора , а второй вход генератора токов  вл етс  управл ющим входом коррел тора при этом второй транспарант вьшолнен из материала, сенсибилизированного только к спектру излучени  второго и третьего источников света, а светофильтр прозрачен только в спектральной области 00 1чЭ О1 излучени  первого источника света. 2. Коррел тор по п. 1, отличающийс  тем, что, с целью расширени  области применени  за О1 счет формировани  аналогового сигнала на выходе коррел тора, в него введены последовательно расположенные на оптической оси за a mлитyдным светоделителем дополнительный светофильтр , проекционный объектив и дополнительный фотоприемник, при этом дополнительный светофильтр прозрачен только в спектральной области излуч и  второго источника света, поверхность дополнительного фотоприемника проекционно оптически св зана с поверхностью BTot)oro источника

Description

света, а первый и второй выходы дополнительного фотоприемника образуют выход коррел тора..

3.Коррел тор по пп. 1 и 2, о т личающийс  тем, что блок регистрации сигнала фотоприемника содержит усилитель, пиковый детектор, триггер Ымидта, ждущий мультивибратор , элемент дифференцировани  и переменные резисторы записи и стирани , оси которьпс кинематически св заны, причем вход усилител   вл етс  входом блока, выход усилител  подключен к входу пикового детектора и второму входу триггера Шмидта первый вход которого подключен к выходу пикового детектора, а выход через ждущий мультивибратор подключен к входу элемента дифференцировани , выход которого соединен с первыми выводами переменных резисторов записи и стирани , вторые выводы которых  вл ютс  соответственно первым и вторым выходами блока.

4.Коррел тор по пп. 1-3, отличающийс  тем, что генератор

токов содержит четыре коммутатора, два переключател  и блок питани ,прчем информационный вход первого коммутатора через первый переключатель подключен к положительному полюсу блока питани ,, информационные входы второго и третьего коммутаторов подключены к отрицательному полюсу блока питани , вдформационньй вход четвертого коммутатора  вл етс  первым входом генератора, управл ю1дие входы коммутаторов образуют второй вход генератора, централъные выходы третьего и четвертого коммутаторов через второй переключатель подключены соответственно к отрицательному и положительному полюсам блока питани , выходы первого и второго коммутаторов образуют первый выход, а выходы третьего и четвертого коммутаторов второй выход генератора токов, при этом выходы третьего и четвертого коммутаторов  вл ютс  соответственно третьим и че.т.вертым выходами генератора токов .

1

Изобретение относитс  к оптическо обработке информации и может быть использовано в след щих системах робототехники, оптической локации, машиностроении и медицины при определении координат объектов.

Цель изобретени  -: повьшение точности определени  координат коррел ционной функции измен ющихс  во времени объектов. .

На фиг. 1 изображена обща  структурна  схема коррел тора; на фиг.2функциональные схемь фотоприемника, блока регистрации сигнала фотоприемника , генератора токов и источников света.Некогерентный оптический коррел тор содержит расположенные на оптической оси первый транспарант 1, отображающий объектив 2, пол риза .ционный светоделитель 3, второй транспарант 4, пол ризатор 5, светофильтр 6, интегрирующий объектив

7 и фотоприемник 8. Амплитудный светоделитель 9, размещенный на

оптической оси, св зывает оптически с первым транспарантом 1 первый 10 и втрой 11 источники света. Выход фотоприемника 8 соединен с входом блока регистрации сигнала фотоприемника 12, выходы которого св заны с входами генератора 13 токов и третьего источника 14 света. Дополнительно коррел тор содержит также последовательно расположенные на оптической оси за амплитудным светоделителем 9 дополнительный, светофильтр 15,

I проекционный объектив 16 и дополнительный фотоприемник 17, обеспечивающий аналоговый выход коррел тора.

iПервый и второй источники света, своими входами св занные с соответствующими выходами генератора то:ков , представл ют собой матрицы светодиодов, центральные светодиоды которых расположены на оптической 3 оси коррел тора. Третий источник света оптически св зан с вторым транспарантом 4, который выполнен из материала, чувствительного только к спектру излучени  второго 11 и третьего 14 источников света. Блок регистрации сигнала фотоприемника содержит усилитель 18, выход которого подключен к входу пикового детектора 19 и второму входу триг-; гера 20 Шмидта, первый вход которого подключен к выходу пикового детектора 19. Выход триггера подключен к входу ждущего, мультивибратора 21, выход которого подключен к входу элемента 22 дифференцировани  Выход элемента 22 соединен с первыми выводами переменных резисторов 23 записи и стирани  24, оси которых кинематически св заны, а вторые выводы подключены к третьему источни ку 14 света и к первому входу генера тора 13 токов-. Генератор 13 токов содержит комму таторы 25.1-25.4, переключатели 26 и 27 и блок 28 питани . При этом уп равл ющие входы коммутаторов образуют второй вход генератора токов, первый вход которого  вл етс  информационным входом коммутатора 25.4. Информационные входы второго 25.2 и третьего 25.3 коммутаторов подключены к отрицательному полюсу блока 28 питани , а информационный вход комму татора 25.1 подключен к положительн му полюсу блока питани  через переключатель 26. Переключатель 27 одно временно подключает к блоку питани  центральные светодиоды второго источника 11 света. Выходы первого 25.1 и второго 25.2 коммутаторов подключены к входам матрицы светодиодов первого источника 10 света, а выходы коммутаторов 25.3 и 25.4 к входам светодиодов матрицы второг источника 11 света и одновременно  вл ютс  третьим и четвертым выходами генератора токов. Некогерентный оптический коррел  тор работает следующим образом. Перед началом работы на входную поверхность первого транспаранта 1 проецируетс  текущее изображение объекта А (X,Y), которое регистрируетс  в виде распределени  потенциаль ного рельефа по поверхности транспаранта . Затем при замыкании контактов переключател  27 инициируетс  04 светодиод источника 11 света, наход щтшс  на оптической оси Световой поток, излученный этим светодиодом, после прохождени  светоделителей 9 и 3 коллимируетс  объективом 2 и освещает выходную поверхность транспаранта 1 . Отраженньгй от поверхности световой поток, пространственно модулированный первым изображением объекта, проецируетс  объективом 2 на поверхность транспаранта 4, например , типа ПРОМ, и регистрируетс  на нем в виде потенциального рельефа . Так как центральный светодиод У 11-00 расположен на оптической оси, первое текущее изображение объекта A(X,Y) проецируетс  объективом 2 на транспарант 4 без смещени . Светофильтр 6 блокируешь световой поток от светодиода У 11-00, не пропуска  его на вход фотоприемника 8. После записи первого изображени  объекта на транспарант 4, играющего роль первичного эталонного дл  последующего регистрируемого .изображени , работа устройства состоит в последовательном, повторении циклов, каждый из которых состоит из трех подциклов,. Первый подцикл заключаетс  в регистрации второго текущего изображени  объекта Aj(X,Y). Второй подцикл состоит в поиске максимального значени  сигнала коррел ции между Aj(X,Y) и А(Х,У), зарегистрированных транспарантами 1 и 4соответственно . При наличии смещени  С, С .у изображение объкта в текущем изобра кении относительно осей X и Y, изображение, зарегистрированное транспарантом 1, имеет вид AJ (X,Y) А.(Х + C,Y + С). Дл  нахождени  максимального значеш1  сигнала коррел ции на истсч-о ник 10 света с помощью коммутаторов 25.1 и 25.2, а также переключател  26 подаетс  напр жение, инициирующее светодиоды источника 10. Излученный светодиодом YlO-kl световой поток имеет yrjfOBoe смещение относительно оптической оси коррел тора на выходе объектива 2 Q,- «,Г где F - фокусное рассто ние объектива 2, Лх,4у - рассто ние между соседними светодиодами источников 10 и 11 света вдоль осей X и Y, лежащих в плоскости каждого от источников света и проход щих через оптическую ось коррел тора k ,Ь - целые числа, принимакхдие значение от -та до +ni, 2m + + 1) - число светодиодов источни-. ков 10 и 11 света. Сколлимированный объективом 2 световой поток, излученный светодио дом yiO-kl, отражаетс  от выходной поверхности транспаранта 1 с угловы смещением - xli, буР относитель но оптической оси устройства, при этом пространственное смещение сГх14, изображени  на поверхности транспаранта 4 составит -0xt(d, + d,), -9v{(d, + dj). , dj - рассто ни  от транспарантов 1 и 4, соответственно до объектива 2 1 1 1 причем -Г + J d d Световой поток, прошедший транспарант 4, пол ризатор 5 и светофиль 6, фокусируетс  объективом 7 на поверхности фотоприемника 8, последовательно по времени вьфабатывающего сигнал . бых .;2c,y)A, (х -ь сГ.О у + )dxdy л А(х,у).А(х + + Су, + сГх|,у + С, +/yg)-dxdy. Максимальное значение выходйого сиг нала фотоприемника, представл кмцего собой сигнал коррел ции, имеет мест при пространственном совпадении проецируемого изображени  объекта записанного на транспаранте 4 этало ного изображени . Дл  функционирова ни  транспаранта 4, например, типа ПРОМ, работающего в пол ризованном свете, световой поток, освещающий транспарант, пол ризуетс  с помощью пол ризационного светоделител  3. Пол ризатор 5 служит дл  выделени  светового потока, модулированного транспарантом 4. Кроме того, длина волны источника 10 света находитс  вне областичувствительности транс ранта 4 и совпадает с областью про зрачности светофильтра 6,.а длина волны источника 11 света совпадает с областью чувствительности транспаранта 4 и поглощаетс  светофильтром 6, Вырабатываемые фотоприемником сигналы ,., полученные при последовательной инициации светодиодов, составл юпщх источник 10 света, поступают свыхода фотоприемника 8 на вход блока регистрации сигнала фотоприемника , где проход т , усилитель 18 и поступают на вход пикового детектора 19. Пиковый детектор регистрирует максимальное значение сигнала фотоприемника, которое подаетс  на первый вход триггера 20. Регулировкой пикового детектора устанавливают порог срабатывани  триггера 20. Третий подцикл работы коррел тора заключаетс  в определении координат смещени  Су, С ( регистрируемого изображени , например А(X,Y) относительно эталонного изображени  A-)(X,Y), сдвиге регистрируемого изображени  на величину -Cj(, и формировании нового эталонного изображени  объекта Аэ(Х,У) в виде рекуррентной суммы первичного эталонного изображени  и TeKytiero регистрируемого изображени  объекта ( х, у) (1 - г).А,(х, у) + rAjCx - Су, у - Су), где г - константа, О г 1. Дл  нахождени  координат смещени  Су, С производитс  повторное инициирование светодиодов YlO-kl. Сигнал с фотоприемника после усилени  поступает на второй вход триггера 20, где сравниваетс  с опорным сигналом, посто нно присутствующем на первом входе триггера 20. Как только сигнал с выхода фотоприемника достигает своего максимального значени , зарегистрированного пиковым детектором в предшествующем подцикле , триггер вырабатывает импульс, который поступает на вход ждущего мультивибратора 21, ;(дущий мультивиЬратор вьфабатывает импульс, который поступает на вход элемента . 22 дифференцировани . Передний фронт отдифференцированного, импульса поступает на источник 14 света. Инициируемый импульсом источник 14 света освещает поверхность второго

транспаранта 4. Поскольку длина волны света источника 14 совпадает со спектральной областью чувствительности транспаранта 4, воздействие светового потока источника 14 света приводит к частичному стиранию первичного эталонного изображени  A(X,Y). Уровень стирани  устанавливаетс  переменным резистором 24. К моменту окончани  импульса стирани  на поверхности второго транспаранта остаетс  зарегистрированным изображение (1 - г) A(X,Y).

Задний фронт отдифференцированного импульса через резистор 23 пос- тупает на информационный вход четвертого коммутатора 25.4 генератора 13 токов. Так как по управл ющим входам коммутаторы переключаютс  синхронно, то под действием импульса поступающего на информационный вход коммутатора 25.4, инициируетс  светодиод yi1-ij источника 11, пространственное смещение которого относительно оси коррел тора совпа--дает с пространственным положением ij-ro светодиода источника 10 света , инициирование которого обеспечивает максимальный сигнал коррел ции на выходе фотоприемника и соответственно пространственное совмещение проецируемого изображени  объекта с первичным эталонным. Дпина волны света светодиодов источника 11 света совпадает с областью спектральной чувствительности транспаранта 4, поэтому проецируемое светодиодом yi1-ij изображение объекта записываетс  на транспаранте 4. Уровень записи устанавливаетс  переменным резистором 23 блока регистрахщи сигнала фотоприемника. Регистрируемое на транспаранте 4 изображение A(X,Y  вл етс  эталонным дл  второго цикла

работы коррел тора. Кинематическа  св зь осей резисторов 23 и 24 обеспечивает посто нство суммы накопленных изображений во времени при различных значени х константы г, выбор которой позвол ет регулировать скорость накоплени  эталонного изображени  на транспаранте 4.

Таким образом, к моменту окончани  третьего подцикла на транспаранте 4 окажетс  записанным обновленное эталонное изображение объекта, представл к цее собой рекуррентную сумму первоначально записанного эталонного изображени  и текущего зарегистрированного изображени  объекта, причем изображени  объекта будут совмещены на транспаранте 4, хран щем эталонное изображение объекта даже в случае перемещени  изображени  объекта на входном транспаранте 1. Обновление эталонного изображени  объекта во врем  работы коррел тора позвол ет точно и однозначно определ ть координаты объекта, изображение которого измен етс  во времени. Значени  координат объекта вьщаютс  на третий и четвертый выходы генератора токов, электрически св занные с выходают коммутаторов 25.3 и 25.4.

Дл  получени  координатобъекта в аналоговой форме изображение источника 11 света, а, следовательно, и изображение инициированного светодиода yi1-ij проекционно переноситс  объективом 16 на поверхность позиционно-чувствительного фотоприемника 17, выходной сигнал которого, снимаемый с первого и второго выходов, пропорционален величине пространственного смещени  инициируемого светодиода относительно оптической оси и, соответственно, координатам объекта Cjf, С, в текущем изображении.

 т

UnurUnur

Н

К

г 2

3 5 6 7

П К К 3

п

X у

.

л

/2

«Y

Claims (4)

1. НЕКОГЕРЕНТНЫЙ ОПТИЧЕСКИЙ КОРРЕЛЯТОР, содержащий первый источник света и последовательно расположенные на одной оптической оси первый транспарант, отображающий объектив, второй транспарант, интегрирующий объектив и фотоприемник, расположенный в фокальной плоскости интегрирующего объектива, отличающийся тем, что,- с целью повышения точности определения координат корреляционной функции изменяющихся во времени объектов, в него введены второй и третий источники света, поляризационный и амплитудный светоделители, поляризатор, светофильтр, блок регистрации сигнала фотоприемника и генератор токов, причем первый и второй источники света выполнены в виде матриц светодиодов, центральные светодиоды которых расположены на оптической оси коррелятора, поляризационный светоделитель расположен между отображающим объектом и вторым транспарантом и через амплитудный светоделитель оптически связан с первым и вторым источниками света, размещен-; ними в передней фокальной плоскости отображающего объектива, третий источник света оцтически связан с вто рым транспарантом, поляризатор и ' светофильтр размещены последовательно между вторым транспарантом и интегрирующим объективом, выход фотоприемника соединен с входом блока регистрации сигнала фотоприемника, первый и второй выходы которого соединены с входом третьего источника света И с первым входом генератора токов соответственно, первый и второй выходы генератора токов соединены соответственно с входами первого и второго источников света, третий и четвертый выходы генератора токов являются выводами коррелятора, а второй вход генератора токов является управляющим входом коррелятора^ при этом второй транспарант выполнен из материала, сенсибилизированного только к спектру ‘излучения второго и третьего источников света, а светофильтр прозрачен только в спектральной области излучения первого источника света.

2. Коррелятор по п. 1, отличающийся тем, что, с целью расширения области применения за счет формирования аналогового сигнала на выходе коррелятора, в него введены последовательно расположенные на оптической оси за амплитудным светоделителем дополнительный светофильтр, проекционный объектив и дополнительный фотоприемник, при этом дополнительный светофильтр прозрачен только в спектральной области излучения второго источника света, поверхность дополнительного фотоприемника проекционно оптически связана с поверхностью второго источника света, а первый и второй выходы дополнительного фотоприемника образуют выход коррелятора..

3. Коррелятор по пп. 1 и 2, о т личающийся тем, что блок регистрации сигнала фотоприемника содержит усилитель, пиковый детектор, триггер Шмидта, ждущий мультивибратор, элемент дифференцирования и переменные резисторы записи и стирания, оси которых кинематически связаны, причем вход усилителя является входом, блока, выход усилителя подключен к входу пикового детектора и второму входу триггера! Шмидта;^!; первый вход которого подключен к выходу пикового детектора, а выход через ждущий мультивибратор подключен к входу элемента дифференцирования, выход которого соединен с первыми выводами переменных резисторов записи и стирания, вторые выводы которых являются соответственно первым и вторым выходами блока.

4. Коррелятор по пп. 1-3, отличающийся тем, что генератор токов содержит четыре коммутатора, два переключателя и блок питания, причем информационный вход первого коммутатора через первый переключатель подключен к положительному полюсу блока питания,, информационные входы второго и третьего коммутаторов подключены к отрицательному полюсу блока питания,- адформационный вход четвертого коммутатора является первым входом генератора, управляющие входы коммутаторов образуют второй вход генератора, центральные выходы третьего и четвертого коммутаторов через второй переключатель подключены соответственно к отрицательному и положительному полюсам блока питания, выходы первого и второго коммутаторов ,образуют первый выход, а выходы третьего и четвертого коммутаторов второй выход генератора токов, прй этом выходы третьего и четвертого коммутаторов являются соответственно третьим и четвертым выходами генератора токов .