SU1410071A2 - Оптико-электронное коррел ционное устройство - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к области радиотехники, в частности к устройствам коррел ционного слежени  за объектом, и может быть использовано. iнапример, в качестве активного сен-; сора в системах управлени  движением робота. Цель изобретени  - повышение точности определени  координат максимума коррел ционной функции и чувствительности к малым смещени м изображени  объекта. Это достигаетс  тем, что в оптико-электронном коррел ционном устройстве первый Фурье- преобразующнй элемент выполнен в виде билинзы, верхн   и нижн   половины которой смещены одна относитель- но другой вдоль оптической оси на фокусное рассто ние билинзы, а дЛ  компенсации квадратичньпс фазовых изменений в световых пучках от верхней и нижней половин билинзы установлены рассеивающа  и фокусируница  линзы. 1 ил. i (Л

Description

к:

Изобретение относитс  к области радиотехники, в частности к устройствам коррел ционного слежени  за объектом, и может быть использовано, например, в качестве активного сенсора в системах управлени  движением робота.

Целью изобретени   вл етс  повышение чувствительности к малым сме- щени м изображени  объекта и увеличение точности определени  координат максимума коррел ционной функции, f

На чертеже представлена функциональна  схема оптико-электронного коррел ционного устройства,

Оптико-электронное коррел т ионное устройство содержит расположенные последовательно на оптической оси источник когерентного света 1, кол- лиматор 2, первый управл емый оптический транспарант 3, первый считывающий светоделитель 4, входной светоделитель 5, состо щий из полупрозрачного 6 и отражательного 7 зеркал, формирователь 8 перевернутого изображени , состо щий из линз 9 и 10, ;первый Фурье-преобразующий элемент 11, выполненный в виде билинзы из первой 12 и второй 13 половин, в све товых пучках от первой и второй половин билинзы установлены рассеивающа  14 и фокусирующа  15 линзы, в непосредственной близости от которых

в плоскости пересечени  световых пуч

ков установлен второй управл емый оптический транспарант 16 дл  записи обобщенной голограммы квазиспектра, непосредственно за которым расположен второй считьюающий светоделитель 17, на фокусном рассто нии от второго управл емого оптического транс паранта расположен второй Фурье-преобразующий элемент 18, в задней фокальной плоскости которого расположе

двумерный фотоприемник 19, выход которого  вл етс  выходом устройства, выходы же импульсного источника питани  20 электрически св заны с источником когерентного света, первым и вторым управл емым оптическим транспарантами и источником подсвета 21 объекта 22, изображение которого проектируетс  на первый управл емый оптический транспарант объективом 23

Устройство работает следзтощим образом.

Источник подсвета 21, запускаемый от импульсного источн ика питани  20,

Q

5

0 5 0

5

Q

периодически освещает объект наблюдени  22. Объектив 23 формирует изображение объекта Е(х,у) на фото- провод щем слое первого управл емого оптического транспаранта 3, работающего в покадровом режиме преобразовани  некогерентного изображени  в когерентное. Двумерный когерентный сигнал, сформированный источником когерентного света 1, коллиматором 2 и транспарантом 3, делитс  полупрозрачным зеркалом 6 на два изображени , смещенных относительно оптической оси первого Фурье-преобразующего элемента 11 на половину его апертуры. При этом второе изображение поступает на вход формировател  8 перевёрнутого изображени , выполненного из двух одинаковых линз 9 и 10, установленных на двойном фокусном рассто нии одна от другой. Таким образом, на входе коррел тора с совместным преобразованием на Фурье-преобразую- щем элементе 11, выполненном в виде билинзы, верхн   и нижн   половины которой смещены одна относительно другой на фокусное рассто ние билинзы , сравнивают два изображени  E() и ), где d - половина апертуры элемента 11. В плоскости пересечени  световых пуч ков от верхней и нижней половины билинзы формируютс  два оптических сигнала с комплексными амплитудами, пропорциональными квазиспектрам

G,(f,l)

, .)

G,(f,0

.. -Alt - )

. кч

е.е

сравниваемых изображений. Результат интерференции этих сигналов IG д. записываетс  на втором управл ющем оптическом транспаранте 16, в непосредственной близости от которого, дл  компенсации квадратичных .фазовых изменений

- 2f,

.(7) -()

и е.

55

в пучках оптических сигналов, установлены рассеивающа  14 и фокусирующа  15 линзы. Таким образом

IG. + С.

G,l -f IGJ -ь

Zb-i.cL + G(:),7)-e - i -КЛ 2.d + G(t,7) G,(t,V).e т .е. регистрируетс  обобщенна  голограмма квазиспектра, котора  затем считываетс  когерентным пучком от светоделител  17. В результате обратного преобразовани  Фурье линзой 18 в выходной плоскости коррел тора возникает сложна  картина: в центре, пропорциональна  автокоррел ционным функци м Е Ё , Ё « Е. и двух светлых информационных областей коррел ции g g и g gj, наход щихс  по обе стороны от центра на рассто нии 2d, интенсивность и координаты одного из которых определ етс ,

|Е(х,у)| |С,(ГЛ).С;(| Л)

: |1-2.а. L-A-cx-f yn.) ,

.е е .; . |g,U,y)gJ(x,y - 2d)|,

где ,1 - координаты в плоскости формировани  квазиспектра измер ютс  двумерным фотсприемником 19.

При смещении изображени  объекта на входе первого управл емого оптй ческого транспаранта на величину ix Ay на входе билинзы сравниваютс  два изображени 

Е(х -а x,V, - (d + uy)j и Е.(-х +Лх, -у + d +ДУ).

В плоскости расположени  двумерного фотоприемника распределение пол  бу- ,дет пропорционально преобразованию Фурье квазиспектров G и G2

)-GiU -й л-: | 2AA-t-4ittL + ay)

-л 7)-е , i asuC -ftvO . е . g(x,y)

g(x - 24Х, у - 2(d +4 у)) ; ,- t- Vf- j ) ,

где смещени  квазиспектра Л , д i  вл ютс  функци ми смещений их, ду, Tie. при дх йу О смещени  квазиспектра тоже равны нулю. Отклик на выходе фотоприемника пропорционален

I g,(x,y) g (x - 2лх, у - - 2(d +ду))|

т.е. смещение квазиспектра (Д ,д не вли ет на измер емые координаты интенсивности функции коррел ции

g §2 плоскости (fjT) пересечени  световых пучков (плоскость квазиспектров ) происходит расширение дифракционной картины 4 d квазиспектров G и G, которое приводит

к пропорциональному сужению функции коррел ции по сравнению функции коррел ции у прототипа, равному удвоенному размеру исследуемого изображени  объекта, т.е. 2d. В

разработанном устройстве сужение размера коррел ции происходит пропорционально увеличению размеров квазиспектра по сравнению с центральным п тном дифракции d в фокальной плоскости , т.е.

z

где d - размер исследуемого изображени  объекта; - смещение плоскости (f,7

квазиспектраJ д - фокусное рассто ние билинзы .

В результате вьигрьш в размерах коррел ционного пика равен

В

IKOP,

2d,/

1

f

Например, при Я 6-10 см, л 10 см, Af/fA 0,5, d, 0,5 получаем В ъ 10 .

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Оптико-электронное коррел ционноеj, устройство по авт. св. № 1244681.,

   отличающеес  тем, что, с целью увеличени  точности определени  координат максимума коррел ционной функции, в устройство введены рассеивающа  и фокусирующа  линзы , а первый Фурье-преобразующий элемент выполнен в виде билинзы, перва  и втора  половины которой смещены одна относительно другой вдоль оптической оси на фокусное рассто ние билинзы, причем входы первой и второй половин билинзы оптически св заны соответственно с выходами отражающего зеркала и формировател  перевернутого изображени , а рассеи

   514100716

   1 ающа  линза установлена между выхо- установлена между выходом второй по- ioM первой половины билинэы и входом ловины билинзы и входом второго уп- торого управл емого оптического равл емого оптического транспаран ранспаранта , а фокусирующа  линза

   та.

   уста лови равл

   та.