SU1195365A1 - "уctpoйctbo для oбpaбotkи изoбpaжehий" - Google Patents

Description

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для обработки изображений и распознавания образов .

Цель изобретения - повышение точности устройства путем увеличения отношения сигнал-помеха при заданной яркости изображения.

На чертеже изображена оптическая схема устройства.

Устройство для обработки изображений содержит модулятор 1 света, оптическую систему 2 с положительным фокусным расстоянием, блок 3 регистрации, при этом модулятор света расположен перед фокальной плоскостью 4 оптической системы 2 с положительным фокусным.расстоянием, а блок регистрации расположен вне плоскости 5 геометрического изображения в плоскостях 6 или 7 регистрации.

Устройство работает следующим образом. На фазовом модуляторе 1 света регистрируют обрабатываемое изображение. При этом модулятор 1 света преобразует распределение яркости изображения в соответствующее двумерное (по плоскости модулятора 1) распределение фазового набега считывающего света. Оптическая система 2 с положительным фокусным расстоянием Р (Р?0) отображает преобразованное изображение; При этом геометрическое изображение плоскости модулятора 1 формируется в. плоскости 5. Поскольку модулятор 1 света обладает конечной разрешающей способностью,’ то в плоскости модулятора 1 и в плоскости 5 ширина края объектов в преобразованном изображении конечна и равна величине Л'л. Одновременно в плоскостях 6 и 7 формируются изображения с большей резкостью деталей изображения, т.е. с меньшей шириной края объектов. Причина образования этих изображений лежит в том, что на краях объектов в модуляторе 1 перепад яркости изображения преобразуется в двумерное распределение фазового набега сГ(пЬ). При этом на краю изображения объекта имеется градиент фа<Г( пЬ) зового набега ---------. Этот градиент

ΔΧ приводит к преломлению лучей считывающего потока света, причем в переходной области, соответствующей ширине края дх, существует одновременно два участка, один из которых играет роль положительной линзы и приводит к схождению светового потока в плоскости, удаленной от плоскости модулятора 1 на некоторое расстояние, определяемое величиной градиента и являющееся фокусным расстоянием данной линзы. Другая линза является отрицательной и приводит к расхождению лу-. чей света. В этом случае фокус ( мнимый )лежит перед плоскостью модулятора 1·. Наличие фокусирующих элементов внутри модулятора 1 обостряет (по сравнению с плоскостью самого модулятора 1 ) распределение интенсивности светового потока в плоскостях, соответствующих фокусам линз. Блок 2 создает в плоскостях 6 и 7 изображения, резкость которых, т.е. наблюдаемая ширина краев объектов, превышает резкость геометрического изображения в плоскости 5. Резкое изображение в плоскости 6 соответствует настройке на фокус отрицательной линзы. Соответственно изображение в плоскости 7 соответствует фокусу положительной линзы. Значения этих фокусов могут быть получены из формулы для тонкой цилиндрической линзы с поперечным размером дх и максимальным, фазовым набегом <ДпЬ):

( дх)^г (1) ·

При отображении блоком 2 с фокусным расстоянием Г плоскости 6 и 7 ³⁵ изображения этих фокальных плоскостей сдвинуты относительно плоскости 5 геометрического изображения на расстояния сПз, определяемые из формул геометрической оптики:

лп

„7	_7 + ---	„7.	(2)
а		Т’
_1_	-	1
а+Г	Ъ+<А
где а ~	расстояние между	модулято-
ром 1 и	центром	блока 2;
Ь -	расстояние между	блок ом 2 и

плоскостью 5 геометрического, изображения .

Поскольку модулятор 1 располагается перед передней фокальной плоскостью 4 (т.е. а??), то обозначив а = Δ + Е, где Δ' 0, можно упростить уравнения (2):

<УЪ = (з;

Подстановка (1 1 и (31 дает выражение для положения плоскостей 6 и 7 через непосредственно заданные параметры оптической схемы и модулятора I:

ν') 2 (4)

Таким образом, формула (4) дает положение плоскости 6 при знаке - перед всем выражением и плоскости 7 при знаке +. В обоих случаях расстояния отсчитываются от плоскости геометрического изображения.

Плоскости 6 и 7 изменяют свое по-, ложение при изменении яркости наблюдаемого объекта и при бесконечном градиенте фазового набега в модуляторе 1, т.е., например, при бесконечно малой ширине края изображения объекта, должны вырождаться в плоскость 5 геометрического изображения, бесконечно расходясь в противоположном случае. При конечной яркости объекта его изображение имеет наименьшую ширину границ, т.е. наиболее резкое при вполне определенных положениях плоскостей 6 и 7. Всякий объект с иной яркостью выглядит резким при ином положении плоскостей 6 и 7. Поэтому, устанавливая блок регистрации 3 и оптическую систему, в одно из рассчитанных по формуле (4) положений, можно вьщелять объекты с определенной яркостью, остальные выглядят нерезко, т.е. подавляются. Перемещение блока 3 вдоль оптической оси устройства дает возможность последовательно выделять объекты различной яркости, т.е. анализировать изображение. Поскольку изображения в плоскостях 6 и ,7 не являются изображениями в геометрическом смысле этого слова, а единственное истинное изображение лежит в плоскости 5, различного рода дефекты модулятора 1, имеющие место в реальных ситуациях, переносятся резко в плоскость 5 и размыты в плоскостях 6 и 7, что повышает помехоустойчивость устройства.

Возможна реализация устройства, когда при анализе изображения по яркости, блок 3 остается неподвижным, а перемещается оптическая система. В этом случае соотношения (2 1-(4 1 остаются справедливы)' ,но удобнее, опери-.

ВНИИПИ Заказ 7416/54 ровать непосредственно с расстоянием между оптической системой блока 2 и блоком регистрации 3. Оно может быть выражено формулами (2 ) и (4 ) в в иде:

Η Δ+ к и (5)

Если в первом случае при фиксированной величине л изменяется расстояние Ъ, то во втором случае, фикси15 руется величина а + Ъ + сГЪ, т.е. расстояние между модулятором 1 и блоком 3, а меняется Л . В обоих случаях при перемещении блока 3 уши блока 2 в плоскости наблюдения 6 или 7 меняет· ся масштаб наблюдаемого объекта. Изменения масштаба можно избежать в третьем варианте оптической схемы устройства, согласно которому перед модулятором 1 установлен регулятор яр25 кости регистрируемого изображения.

В этом случае фиксируются все геометрические размеры оптической схемы, т.е. она фактически настроена на определенную яркость объекта и пере30 стройка ее на объекты иной яркости осуществляется путем приведения на входе модулятора 1 самих исходных объектов к заданной яркости. Такой вариант позволяет избавиться от механических перемещений в оптической схеме устройства и сохранить неизмен? ным масштаб в плоскости регистрации при перестройке устройства на объекты иной яркости.

I '

Блок регистрации 3 может быть построен на основе когерентно-оптического процессора и регистрировать объекты определенной формы и ориентации. В плоскости регистрации 6 или 7 в этом случае устанавливается пространственный модулятор света, подобный ' модулятору 1, но не обязательно фазовый. Устройство может быть преднаэначено. и для визуального наблюдения.

В этом случае блоком 3 служит видикон телекамеры или иной фотодетектор. Наконец, возможно непосредственное наблюдение изображения на экране_г размещенного в плоскостях 6 и 7 ⁵⁵ экрана.

Claims (1)

1. ( 54)( 57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАБОТКИ ~ ИЗОБРАЖЕНИЙ, содержащее оптически ' связанные и последовательно расположенные модулятор света, оптическую систему с положительным фокусным расстоянием и блок регистрации, отличающееся тем, что, с целью повышения точности устройства путем увеличения отношения сигнал-помеха при заданной яркости изображения, модулятор света выполнен фазовым и установлен перед фокальной плоскостью оптической системы с положительным фокусным расстоянием, а расстояние Ъ между центром оптической системы с положительным фокусным расстоянием и фоточувствительной поверхностью блока регистрации определяется соотношением

   Ρ+Δ + (4Х)¹ (АХ)^г сЛ(пЫ где 6 - фокусное расстояние оптической системы'с положительным фокусным расстоянием;

   Δ - расстояние между плоскостью модулятора и центром оптической системы с положительным фокусным расстоянием; ’

   Δχ - ширина края изображения сЛ(пЪ)- изменение фазового набега света з модуляторе при данной яркости изображения.