Способ некогерентной оптической спектральной обработки изображения шероховатой поверхности

 

СОКИ СОВЕТСНИХ нн ДО

PECflVSJNH флг,, / 4, 1 . " " "сс=сi

Д;: „ со; ...

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ н сотооснонн снссссоооосон

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

fl0 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕН4Й И ОТНРЫТИЙ (21) 2958304/18-25 (22) 18.07.80 (46).15.05.83. Бюл. В 18 (72) Э.М.Зуйкова, В.И.Титов и А.B,Øèшария (71) Институт прикладной Физики

- AH СССР и Горьковский ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский раднофизический институт (53) 543о 4 (088 8) (56) 1.PsaLtis О., Casasent D.

Spread spectrum time-апй-stace integrating cpticaR processor.-Арр6.

Opt., 1980 ° Ч.19, Ю 9, р;1548.

2. Авторское свидетельство СССР .У 158311, кл. С 01. R 29/02, 1963. (54) 57) СПОСОБ НЕКОГЕРЕНТНОИ ОПТИЧЕСКОЙ СПЕКТРАЛЬНОЙ ОБРАБОТКИ ИЗОБ, SU„„18132 А с

3(59 G 06 G 9 00 ° G 01 R 23 16

РАЗЕНИЯ ШЕРОХОВАТОЙ ПОВЕРХНОСТИ путем преобразования изобраиения в оптический сигнал, периодически модулированный по яркости вдоль перво» оси; и пространственного интегрирования оптического сигнала, о т л ич а в шийся тем что, с. целью расюирения динамического диапазона обработки и идентиФикацин волн на поверхности, бегущих в противополоиных направлениях, дополнительно преобразуФг изображение вдоль второй оси модуляцией пространственными рещеткамн с разными периодамн, интегрируют модулированное изобраиение, вводят опорнув временнув весящую в интегрированный сигнал путем лн-. Я нейного перемещения изобраиения вдоль первой оси н анализируют временной спектр инаегрированного сигнала.

1О18132

Изобретение относится к оптическим средствам выполнения математических преобразований над пространственными сигналами и может быть использовано для анализа оптических изображений шероховатых поверхностей, например поверхности водной акватории для получения информации о степени загрязненности ее нефтью.

Известен способ спектральной обработки оптического пространственного сигнача (1 ).

Недостатком этого способа является необходимость регистрации входного сигнала на реверсивном носителе, что приводит к ограничению 15 динамического диапазона обработки вследствие нелинейности амплитудной характеристики носителя.

Наиболее близким к предлагаемому является способ некогерентной опти- 2р ческой спектральной обработки изображения шероховатой поверхности путем преобразования изображения в оптический сигнал, периодически модулированный по яркости вдоль первой оси, и пространственногО интегрирования преобразованного сигнала (2(.

К недостаткам указанного способа следует отнести малый динамический диапазон, что связано с наличием по- 30 стоянной составляющей в анализируемом спектре, появляющейся из-за того, что входное изображение некодвижно, а модуляция изображения меняется во времени. Кроме того, этот способ не позволяет идентифицировать волны на поверхности, бегу-. щие в противоположных направлениях, а также оценить скорость этих волн.

Цель изобретения - расширение дй- 4О намического диапазона обработки иэображения и идентификация волн на поВерхности, бегущих в противоположных направлениях.

Поставленная цель достигается тем, 45 что согласно способу некогерентной оптической спектральной обработки иэображения шероховатой поверхности путем преобразования изображения в оптический сигнал., пеРиодически модулированный по яркости вдоль первой оси, и пространственного интегрирования оптического сигнала, дополнительно преобразуют изображение вдоль второй оси модуляцией пространственными решетками с разными периодами, интегрируют модулированное иэображение, вводят опорную временную несущую в интегрированный сигнал путем линейного перемещения изображения. вдоль первой оси и ана- 60 лиэируют временной спектр интегрированного сигнала.

На чертеже изображен вариант устройства, реализукияего предложенный способ. ° 65

Устройство содержит объектив 1 для формирования иэображения шероховатой поверхности, неподвижно установленные модулятор 2, оптическую схему 3, фотоприемник 4 и анализатор 5 спектра временных частот.

Для обеспечения линейного перемещения изображения вдоль одного направления (например, вдоль оси Х) устройство может быть установлено на подвижном носителе, например на самолете, или должно быть снабжено механизмом перемещения изображения, например качающимся зеркалом (не показан).

Модулятор 2, представляющий собой набор фильтров пространственных частот, выполнен, например, в виде набора оптических решеток, периодических вдоль оси Х и имеющих дискретно отличающиеся периоды вдоль оси Y. Такой модулятор реализует пространственную структуРУ Р(Х Y) = Ap+ A cos Х, 2Л где A - амплитуда постоянной составляющей прозрачности модулятора 2;

А — амплитуда переменной составляющей прозрачности модулятора 2;

A(Y) — пронстранственный период модулятора 2, дискретно измеиякицийся вдоль оси У, Модулятор 2 расположен в сопряженной плоскости объектива 1.

Схема 3 может быть выполнена в виде линзы, волоконной системы или может отсутствовать при наложении модулятора 2 на катод ФЭУ, используемого в качестве фотоприемника 4.

Анализатор 5 может быть выполнен как оптическим, так и электрическим.

Сущность способа заключается в следующем.

С помощью объектива 1 формируют оптичЕское изображение шероховатой поверхности, которое перемещают вдоль оси Х со скоростью Vp. В сопряженной плоскости объектива 1 изображение представляет собой суперпозицию N волн, каждая иэ которых характеризуется переменной амплитудой В„(Y), волновым числом

K и фазовой скоростью Чп

Ч = О. — а„(ЧСофя)("и У, Ч„) а) где В - амплитуда постоянной состав0 ляющей иэображения поверхности

Модулятором 2 иэображение по}верхности преобразуют в плоскости в ряд световых сигналов, при этом в

1018132

Составитель В. Ежов

Редактор Л.Алексеенко Техред О.Неце Корректор С.Шекмар

Заказ 354б/48 Тираж .706 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4,m-м ряду по оси Х преобразованный сигнал имеет вид

v(ll, (,tl=(5д+ЕВ„(()сов(к 3+ii„(v +ч )ф

> А+Асоз Х о A fy}

Далее осуществляют пространствен" ,ное интегрирование преобразованного сигнала по плоскости (Х, У). В ин- 10 тервале D интегрирования сигнал, несущий информацию о спектре перемен-: .ной составлянщей изображения поверхности, зависит от времени и имеет вид 35

sint2%! л т-K„) Dр

3=ASnD g» A()-к„

«cas (> ря)Ци-к „)+ н„(ч,+v„) t). >

Прн этом ограничивающий в основном динамический диапазон обработки спектр постоянной составляющей изображения, определяемый 25

Хе )

2%

АЬ с -ууX+" не зависит от времени, поскольку модулятор 2 установлен неподвижно.

Затем проводят временной спектральный анализ результата интегрирования по частотам Кп{Ч +Чп). В силу 35 того, что спектр переменной составляющей изображения поверхности зависит от времени, а спектр постоянной составляющей от времени не зависит, в результате временного спектрального 40 анализа указанные спектры не перекрываются по частотам. Следствием .этого является отсутствие ограничения динамического диапазона обработки постоянной составляющей изображения.

Кроме того, временной спектральный анализ и перемещение изображения позволяют обработать информацию с большей поверхности, что эквивалентно увеличению интервала интегрирования, и, ледовательно,,позволяет еще больше расширить динамический диапазон обработки.

Таким образом, в реальном времени реализуют спектральную обработку оптического изображения шероховатой поверхности в большом динамическом диапазоне.

Достоинством предлагаемого спосо.ба, отличающим его от известного, црименнмого для анализа поверхности водной акватории, является возможность идентификации с его помощью волк, бегущих по поверхности в противоположных направлениях, при условии, что чо превышает ч„(чо7чп ) .

Это возможнО благодаря тому, что частота К„Ч при спектральном анализе выполняет функцию опорной частоты, относительно которой можно опреде° лить знак скорости движения волн на поверхности: волнам, бегущим справа по оси Х, соответствует уменьшение опорной частоты, а волнам, бегущим влево — увеличение опорйой частоты.

Предлагаемый способ позволяет также определить скорость U волн на пои верхности по результату спектрального анализа в интервале пространственных частот модулятора 2. Спектральный анализ дает информацию Кп, которая при априори известном V однозначно определяет V