Устройство для обработки изображений

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАБОТКИ ИЗОБРАЖЕНИЙ, содержащее источник питак его напряжения, выходы которого под (шючены к металлическим прозрачным электродам фоточувствительной структуры , вьшолненной в виде цоследовательно располшсенных слоев первого металлического прозрачного электрода диэлект1 )ика - полупроводниковой пластины с выпрямительными слоями на обеих ее сторонах - электрооптического, слоя - второго металлического прозрач , ного электрода, блок записи изображения , выход которого оптически связан с первым металлическим прозрачным электродом фоточувствительной структуры , и блок считьшания, который f входом оптически связан с вторым ме- ; таллическим прозрачным электродом фазочувствительной структуры, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможное- . тей за счет, выполнения операции-вычитания изображений, в него введен дополнительный блок записи изображения , который оптически связан с вторым металлическим прозрачным электродом фоточувствительной структуры, причем толщина выпрямительных слоев i и время релаксации проводимости электрооптического слоя 1 определяются Из условий: .U , , f т, где L,- - толпе1на полупроводниковой пластины; U, глубина проникновения света в полупроводниковую пластину, временной интервал между моТ I. ментами включе1|ия вычитаемых изображений; длительнрсть полупериода питакицего напряжения; - время формирования оптического отклика злектрооптического слоя.

СОКИ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕО4ИХ

РЕСПУБЛИК

09) <10

Заа G 06 С 9/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

fl0 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) .3538964/18-24 .(22) 10.01.83 (46) 30.06.84. Бюл. У 24 (72) А. В.Парфенов (71) Ордена Ленина физический институт им.П.А.Лебедева (53) 681.3(088.8) (56) 1. Кейсесент Д. Пространственные модуляторы света, ТИИЭР, 65, У 1, 1977.

2. Хазан Ж.П. Использование приборов "Титус" и "Фототитус" для обработ-, ки информации и преобразования изображения. — В кн.: Фотоника, М., "Мир", 1978.

3. Думаревский Ю.Д. и др. Регистрация нестационарных изображений фоточувствительными структурами

ИДП-ЖК. - В,кн.: Оптическое иэобра- жение и регистрирующие среды. Л., ГОИ, 1982, с. 298 (прототип). (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАБОТКИ

ИЗОБРАЖЕНИЙ, содержащее источник питаю его напряжения, выходы которого под,ключены к металлическим прозрачным электродам фоточувствительной структуры, выполненной в виде последовательно расположенных слоев первого ме" таллического прозрачного электрода— диэлектрика — полупроводниковой пластины с выпрямительными слоями иа обеих ее сторонах — электрооптическего. слоя — второго металлического проэрач; ного электрода, блок записи изображения, выход которого оптически связан с первым металлическим прозрачным электродом фоточувствительной структуры, и блок считывания, который входом оптически связан с вторым ме-; таллическим прозрачным электродом фа-. зочувствительной структуры, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможнос" тей за счет выполнения операции .вычитания изображений, в него введен дополнительный блок записи изображения, который оптически связан с вторым металлическим прозрачным электродом фоточувствительной структуры, причем толщина выпрямительных слоев 1 ф и время релаксации проводимости. электрооптического слоя Т определяются из условий:

С:

1,„((, „с(„

Тф Тнв Ты ь э где 1. - толщина полупроводниковой и пластины;

1 1 — глубина проникновения света в полупроводниковую пластину;

Т - временной интервал между мои ментами включения вычитаемых изображений;

Т :- длительность полупериода питающего напряжения;

- время формирования оптичес- . кого отклика электроопти ческого слоя.

1 3 d" " и

Ф .. 1100

Изобретение относится к оптоэлек-: тронике и может быть использовано в схемах оптической обработки информации для сравнения изображений, вьщеления различий изображений объектов путем их вычитания.

Известно устройство обработки изображений на основе фоточувствительной структуры, позволяющее осуществлять вычитание изображений. Устройство содержит фоточувствительную структуру, состоящую из полупроводниковой пластины с диэлектрическими слоями на обе-. их ее сторонах, заключенной между прозрачными металлическими электрода15 ми, подключенными к коммутируемому источнику питающего напряжения 1 .

Недостатком данного устройства яв" ляется высокое питающее напряжение (до 4 кВ), создающее опасность при эксплуатации, а также технические

20 трудности при коммутации столь высокого напряжения.

Известно также устройство на основе фоточувствительной структуры, со25 держащей электрооптический и полупроводниковый слои, заключенные между металлическими электродами, подключенными к источнику питающего напряжения. Вычитание изображений производится в нем путем экспозиции полупроводникового слоя первым из выиитаемых изображений при определенной полярности питающего напряжения, затем производится смена полярности напряжения и экспозиция вторым из вычитаемых изображений. При этом. потенциальный . рельеф на границе полупроводникового и электрооптического слоя будет пропорциональным разнице обоих вычитаемых изображений, что обнаруживается 4О в оптическом отклике электрооптического слоя (2 .

Недостатком указанного устройства является высокое питающее напряжение а также невозможность вычитания иэоб-4> ражений, существующих одновременно.

Наиболее близким IIo технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому является устройство для обработки изображений на основе фото-+ чувствительной структуры металличес. кий электрод — диэлектрик - полупроводниковая пластина с диодными слоя ми на обеих ее сторонах — электрооптический слой — металлический элек- 55 . трод, содержащее источник переменного напряжения, подключенный к металлическим электродам, и оптические каб29 1 налы записи и считывания изображения.

Это устройство способно вьщелять нестационарные объекты на квазистационарном фоне 13), Недостатком известного устройства является узость его функциональных возможностей, в том числе невозможность производить вычитание изображений.

Цель изобретения — расширение функ-. циональных возможностей, а именно обеспечение вычитания иэображения.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для обработки изображений, содержащее источник питающего напряжения, выходы которого подключены к металлическим прозрачным электродам фоточувствительной структуры, выполненной в виде последовательно расположенных слоев первого металлического прозрачного электрода— диэлектрика — полупроводниковой пластины с выпрямительными слоями на обеих ее сторонах — электрооптического слоя — второго металлического прозрачного электрода, блок записи изображения, выход которого оптичесКи связан с первым металлическим прозрачным электродом фоточувствительной структуры, и блок считывания, которнй входом оптически связан с вторым металлическим прозрачным электродом фоточувствительной структуры введен допол1 нительный блок записи изображения, который оптически связан с вторым металлическим прозрачным электродом фоточувствительной структуры, причем толщина выпрямительных слоев L и время релаксации проводимости электрооптического слоя Т определяются из условий: тм>тн, т ь, т > т, где L д .— толщина полупроводниковой пластины, Lp — глубина проникновения света в полупроводниковую пластину

Т - временной интервал между моментами включения вычитаемых изображений, Т вЂ” длительность полупериода питающего напряжения, время формирования оптического отклика электрооптического слоя.

На фиг.1 показано устройство для обработки изображений, общий вид, на

3 11006 фиг.2 — эквивалентная электрическая схема устройства на фиг.3 - вариант устройства.

Фоточувствительная структура 1 выполнена в виде последовательно рас- 5 положенных слоев диэлектрика 2, полупроводниковой пластины 3 с выпрями" ,тельными слоями 4 на обеих ее сторонах и электрооптического слоя 5, которые расположены между первым 6 и 1р вторым 7 металлическими прозрачными электродами. Устройство содержит источник питающего напряжения 8, блок

9 записи изображения, дополнительный блок 10 записи изображения, блок 11 считывания, емкость 12 диэлектрика 2, сопротивление 13 объема полупроводниковой пластины 3, диоды 14, соответствующие выпрямительным слоям 4, емкость 15 и сопротивление 16 электрооп" о тического слоя 5, коммутатор 17 переключения изображений.

Ф

В варианте устройства (фиг.З) оба канала 9 и 10 записи связаны через один электрод 6 с одной стороной пластины 3 посредством коммутатора 17.

В этом случае изображения оббих вычи» таемых сигналов действуют на один из слоев 4 в разное время. Если бы оба, изображения совпадали, то они воспринимались бы структурой 1 так же, как одно стационарное изображение ° По-.. скольку структура 1 подавляет стацио

Устройство работает следующим образом.

При подаче переменного напряжения от источника 8 на электроды 6 и 7 структуры 1 оно распределяется в основном между пластиной 3 и слоем 5 в соответствии с их импедансами. Поскольку диоды 14 на эквивалентной схеме включены встречно, то на емкос. ти 15, т.е. на слое 5 падает только .переменное напряжение. При этом напряжение источника 8 можно выбрать соот-Б ветствующим заданному уровню электро-З5 оптического отклика слоя 5. При проецированйи одного из вычитаемых изображений, например через блок 9, сопротивление соответствующего диода

14, т.е. слоя 4, на освещенномучастке

40 упадет пропорционально интенсивности света в данной точке изображения. Неосвещенный диод 14 будет работать как однополупериодный выпрямитель, нагрузкой которого служат параллельно 45 соединенные емкость 15 и сопротивление 16. Если время релаксации проводи. мости слоя 5, т.е. время разрядки указанной RC-цепочки 15 и 16 болыпе. длительности полупериода питающего на50 пряжения источника 8, то на слое 5 окажется выпрямленное напряжение, величина которого тем больше, чем больше интенсивность света-в данной точке.

Выпрямленное напряжение обуславливает55 появление отклика слоя 5, т.е. сигна" ла на выходе блока считывания 11.

При одновременном освещении обоих

29 ° 4 диодов 14 светом одинаковой интенсивности никакого выпрямленного напряжения на слое 5 не будет, не будет и . сигнала на выходе устройства. При этом, чтобы на слое 5 не повышалось переменная составляющая напряжения,что такж бы вызвало отклик в слое 5, т.е. ложный сигнал на выходе, необходимо полное поглощение света в выпрямительных слоях 14, дабы не уменьшилось сопротивление 13, а также необходима существенно меньшая толщина выпрямительиых слоев 4 IIQ сравнению с толщиной пластины 3.

Таким образом, при освещении лишь одного из выпрямительных слоев 4 на слое 5 оказывается выпрямленное напряжение, вызывающее оптический отклик и появление сигнала на выходе.

При одновременном освещении обоих диодов 14 выпрямления нет, нет и сигнала на выходе (очевидно, что то же наблюдается и при отсутствии обоих изображений). Следовательно, реализуется вычитание одновременно подаваемых через блоки 9 и 10 изображений.

При неодновременной подаче изображений временной интервал между моментами включения изображений должен быть меньше времени релаксации проводимости слоя 5. В противном случае к моменту включения второго изображения потенциальный рельеф, повторяющий распределение интенсивности света в первом изображении, исчезает и вычитания выпрямленных напряжений не пройсходит. Кроме того, если отклик слоя 5 успевает сформироваться до начала действия второго, то, хотя и происходит, вычитание потенциальных рельефов, в силу обычной для электрооптических

Ф сред (жидких кристаллов в первую очередь) инерции, не происходит вычитания изображений в отливе слоя 5. Для безынерционной среды слоя 5 интервал определяется тблько временем разрядки слоя 5.

5 11006 нарные изображения, то сигнал на выходе блока 11 отсутствует. Если же изображения разнятся в какой-либо точке, то это различие воспринимается как нестационарность и только это различие воспроизводится на выходе блока 11 в виде.сигнапа разности.

При создании серии-устройства, в качестве полупроводниковой пластины

3 используют кристаллы арсенида гал" 10 лия толщиной 200 мкм и удельным сопротивлением 10 Ом-см. Выпрямитель5 ные слои 4 получены путем механической полировки пластины 3. Соответствующее искривление энергетических tS эон составляет 70-100 мВ, толщина слоев 4-6 мкм. Диэлектрический слой 2 из двуокиси кремния имеет толщину

0,3 мкм. Электрооптический слой 5 выполнен из нематического жидкого крис- 0 талла толщиной 5 мкм, металлические электроды 6 и 7 — из окиси индия толщиной О, 1-0,2 мкм. Напряжение.источника 8 частотой 20 кГц и более имеет действующее значение 60-80 В. Свет с 25 длиной волны 633 нм поглощается внутри слоя толщиной 1-2 мкм, т.е. внутри выпрямительного слоя. 4, и вызывает появление вьнрямленного напряжения на слое. 5 амплитудой 10-20 В, что доста-gp точно для развития оптического отклика в слое 5 в течение 2-5 мс 1 интенсивность света при этом 3-5 мВт/см .).

В течение этого времени подают второе изображение, в результате чего На выходе блока 11 появляется разностное изображение. При меньшей интенсивности (до 5-10 мкВт/см ) или (и) большей

29 6 толщине слоя 5 жидкого кристалла (10 мкм) время отклика слоя 5 увеличивается до 40-60 мс, .и максимальный временной интервал между изображениями ограничивается временем релаксации проводимости слоя 5, которое для жидкого кристалла удельным сопротивлени ем 10 Ом см и относительной диэлек10 трической проницаемостью 10 составляет около 10 мс. Максимальное время может составлять 1 -100 с и более при ис пользовании жидких кристаллов и других электрооптических материалов с большим сопротивлением.

Испытание показало, что предложенное устройство позволяет вычйтать полутоновые изображения как одновременно подаваемые, так и с интервапом

0-5 мс. Оно имеет большую чувствительность, более низкое питающее напряжение и более широкий спектральный диапазон чувствительности. В устройстве. проще происходит управление процессом вычитания изображений, поскольку в большинстве случаев отсутствует необходимость в какой-либо синхронизации питающего напряжения с моментами включения экспозиции. Предложенное устройство может быть использовано для вычитания изображений с целью выявления, например, сезонных изменений земной поверхности в случае аэрокосмической фотосъемки, изменений облачного покрова при анализе метеоснимков, и т.д.

Обладая высокой чувствительностью, устройство может быть использовано при анализе малоосвещенных сцен в реальном масштабе времени.

1100629

Nuz. f

1100629

Составитель Ю.Козлов

Редактор К.Волощук Техред О.Неце

Корректор М.Демчик филиал ППП "Патент", r.Óærîðîä, ул.Проектная, 4

Заказ 4582/38 Тираж 699 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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