Некогерентный двумерный анализатор спектра

 

НЕКОГЕРЕНТНЫЙ ДВУМЕРНЫЙ АНАЛИЗАТОР СПЕКТРА, состоящий из последовательно установленных на оптической оси источника монохроматического света, транспаранта, на котором записано обрабатываемое изображение, опорного модулятора и выходного интегрирующего блока, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона анализируемых частот , в нем опорный модулятор выполнен в виде последовательно установленных на оптической оси двугранного отражателя, ребро которого паралт; лельно оптической оси, собирающей линзы, отображающей выходную плоскость двугранного отражателя на вход-, ную плоскость выходного интегрирующего блока,и двухлепестковой диафрагмы, причем двугранный отражатель выполнен из прямоугольных зеркал длиной L, установленных с углом ot при верJi -t -t ,1Х шине, равном , где Л длина волны монохроматического света, а двухлепестковая диафрагма выполнена в виде двух девян.остоградусных секторов , образующие радиусы которых , параллельны граням двуг)анного отра-ф жателя, и расположена за собирающей (Л линзой на расстоянии -I L - i--l F L. где F - фокусное расстояние собира- ,- ющей линзы; расстояние от собирающей линзы до плоскости транспаранта . 00 01 4

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11, 3(51) G 06 G 9/00

НИЯ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕ

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3506715/18-25 (22) 28.10.82 (46) 07.07.84. Бюл. Р 25 (72) С.В. Миридонов, С.И. Степанов и М.П. Петров (71) Ордена Ленина физико-технический институт им. A.Ô. Иоффе (53) 681.3(088,8) (56) 1. Гудмен Дж. Введение в Фурье-оптику. М., Мир, 1970.

2. Жогликов B.A. Кияшко Б.В. По" ляриэационная модуляция света в оптических аналоговых системах обработки информации. — Автометрия, 1980, 9 2, рис.1, с.36 (прототип). (54) (57) НЕКОГЕРЕНТНЫЙ ДВУМЕРНКЙ

АНАЛИЗАТОР СПЕКТРА, состоящий из последовательно установленных на оптической оси источника монохроматического света, транспаранта, на котором записано обрабатываемое изображение, опорного модулятора и выходного интегрирующего блока, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью расширения диапазона анализируемых частот, в нем опорный модулятор выполнен в виде последовательно установ ленных на оптической оси двугранного отражателя, ребро которого парал . лельно оптической оси, собирающей линзы, отображающей выходную плоскость двугранного отражателя на вход-, ную плоскость выходного интегрирующего блока,и двухлепестковой диафрагмы, причем двугранный отражатель выполнен иэ прямоугольных зеркал длиной

1,1, установленных с углом (при вер Т + и шийе, равном; — + —,, где длина волны монохроматического света а двухлепестковая диафрагма выполнена в виде двух девяностоградусных секторов, образующие радиусы которых параллельны граням двугранного отра- щ жателя, и расположена за собирающей линзой на расстоянии где F — фокусное расстояние собирающей линзы;

Lz — расстояние оТ собирающей линзы до плоскости транспаранта. сира—.!...(а «c!r a pa н<:;<ема пред1,« !

I= i"

-(. «ения у (1

1 К."

1; 1., - i«,.(Я) («:; о!! 1.<И - а .i 1 . На инходя— с с1 ее отра=.к !з.=: .-:.немые астота ,:ой бли,1; («Ла

-!екo— б

- 1за.-;)-,ание

=тли.— <1с-PHireCКИХ.дроб;=; (" 1-,,-(«Ой (л ВЫ—!.-;", -:= <етр

-р:-. =-том

1 ,3, О ь .<:;3ii!аг(и

f 1 1

|, =. (- (" !!

eобре<:ен 1е тельной ехн((Ke;" 1((:(=,:=д<; <= н,: а —:. я

ДЛ Я И С П ОЛ Ь 3 Q; 2 Н И Я В (С " :. Ь и (= :: . ". 0; " работки сигналов -;: изo::;-.ã;ê;-.. â€,:-: 1«: торые могут применят;,с; „эн д;:,:«,<=-. нем

МОИОхрОмати хесксГО излучени:=. (1!c зе") транспаран«тa,

Недостатками зTnro ;=Herrèза -.Ора

ЯВЛЯ!с ность и необхоттим(ос т-- (1-,-.-..стро.! o кОГ(Je!1THo, CI и(. """:: ! < 0 Гe Р Е Н T HI:(и Д 1= УМ Е Р НЬ1 и 2 Н а 1-:( спектра, состоя(дий из пес:::е 1, в -! но рас.поло;!<енных на . Пт. ««-.;, 1 источника некогс-рентног-.: о ".: ческого света тр нс: - р,- —: модул ятора и ин тегрир<(нт = : — о с(тображения (,« .

НедОстаткОм извес .. !o."(1- . -,( вляется отнсситель-ьо <(зк.-, о ваемОм изобоажении, рение диап r -.à -.а а <-: .:: --р,:=

Ll11<" Тав !ТЕI-,1 Я;

<< TO В (1:((К ,(ПИЗ а "1 <<Р -" "<1<лх «1 (а

ЧЕСКСй ОСИ "!C OHi ИК" ОН,l; О когО света (тран(спа(D(((i т«(, 1-, .с

; с" тегрир1ующего блока, = р.(ь.:

" ор в=-;полне н в виде и:.-.:Ле, = e-1((тановлен11; х н-: а «и 1 E(;«О (I РаНН,«O Q P!",, ".T ЕЛ : Е . Р р! ру!<1!< его

)-"де (i! - дли<- y в о ны го света,. а двухлепeñ Têoíà; ма Выполи= н.! в вид

СЫ КОТОРЫХ П (РаЛЛЕЛЬ Н.— : Г<оа - "!(-(1

Г!1анно . о От«!аRа :е iя . ио:(а си

3= co«(«(рак. (!(ей линкзой . ""а рас (l;- В О т7— т«ом

-.—. —.<.т-< во . диа— Cg .. т;=-..1(ио,(«х .-, блок 7 « . (5

-зHий

" "-: <,;,;eHии,,:;l!i ::, ::тр<;:Яства

1101854

Для осуществления двумернага преобразования Фурье необходимо использовать уже двугранный отражатель 6 с углом пересечения граней, близким к 900, и ребром, ориентированным вдоль оптической оси анализатора. 5

Для светящейся точки, помещенной между гранями отражателя б в его входной плоскости,,возникает три зеркальных отражения: два из нкх — симметрично граням отражателя и одна симметрично относительно ребра отражателя. Суммарная картина интерференции таких светящихся точек оказывается весьма сложной. Для формирования опорных функций, необходимых для работы двумерного некогерентнога Фурье-анализатора необходима интерференция лишь двух (иэ имеющихся четырех) изображений, расположенных симметрично относительно ребра о=ражателя б. Частота такой интерферен- 20 ционной картины в этом случае оказывается пропорциональной расстоя;кю > между исходной точкой и ребрам отражателя, а ориентация полос — перпендикулярно радиусу-вектору исходной 25 точки. Прк этом пространственные частоты интерференционной картины вдаль направлений, параллельных граням от-... ражателя, оказываются пропорциональными координатам исходной точки.

Для ликвидации двух мешающих иэображений выходная плоскость отражателя с помощью собирающей линзы 4 с фокусным расстоянием Р проектируется на блок 7, Так как входная плоскость отражателя б, в которой расположен транспарант 2, находится от лкнзы 4 дальше, чем выходная плоскость отражателя б, та между линзой 4 и блоком

I 1 1-7 на расстоянии = — — — от линзы з F . 40

4 формируется изображение транспаранта 2 и его трех зеркальных отражений. В эту плоскость помещается двухлепестковая диафрагма 5, закрывающая те квадранты плоскости, в которых формируются лишние изображения (для этого образующие радиусы девяностоградусных секторов должны быть ориентированы параллельно граням отражателя) . В результате блоком 7 ре-50 гистрируется лишь интерференционная картина, образованная двумя диагональными иэображениями транспаранта 2, т.е. рассмотренная комбинация двугранного отражателя б, линзы 4 и диафрагмы 5 может использоваться в качестве опорного модулятора 3 в двумерном анализаторе спектра.

Разрешающая способность двумерного анализатора, а также максимальный информационный объем обрабатываемых 60 с его помощью изображений, определяется соотношение: 2-4, Однако для практического достижения указанных максимальных параметров должна быть, обеспечена достаточно высокая степень 5 перпендккулярнасти зеркал,образующих двугранный отражатель 6. Отличия угла (при ега ребре от †", не должны превь.i..

i:eòü величины

2 122 Лг где = Р/2.

При выполнении условия (5) иэображения транспаранта 2, расположенные в противоположных квадрантах„ с учетом их максимального разрешения могут считаться строга симметричными относительна ребра отражателя 6, что необходимо для правильного формирования интерференционной картины на блоке 7.

Рассмотрим пркмер практической реализации некагерентнага двумерного аг.ализатара спектра с лвугранным отражателем длинаi . 1,=- 10 cì, где в ка:.эстве бло.<=", 7 т.с временнага накаг>пения выход,-. Io сигнала, используетoÿ =-кдккан. .р .,:<взвивай длкне модулятора I = 0,6 ".><ì ь соответствии с 3,4 ьЕ,. -.. 10 с;. к Л =0,5 10 указанное ч:.сла разре:=енных точек делает возможны;. использование в предлагаемом акал. заторе спектра стандартной телевкзианной установки, обеспечивающей 1..аэреше Iiie

500х500 элемен-.;"o: — па кадру. Так как линейные размеры выходка,о изображения (= 0,.5 см) прк =тсм примерно

D совпадают с лкпейнымк размерами мишени видика:.-,а, то л;..нза 4 дслжна обеспечить ro:гг>ане:п.с м=.ñøòàáà иэображения. Прк использован.".a линзы 4 с фокусным рассwаян:<е. . =.-- 10 см ее гамещаот гримера >асередкне между выходкой плоскостью отражателя б и мишенью вкдккона 7, удаленных друг от друга на ра стоянки 1 " 40 см.

Обрабатываемое изображение,. записанное на участ;<е фотопластинки площадью 0,5><0,5 c> â€, помещалось ва входную плсскасть отражателя 6. Для освещения использовался гелий-неоновый лазер (Р = 0,63 мкм), пространственная когepeнт->orms луча которого нарушалась с помощью вращающейся фазаво-неоднородной "=:eêëÿiiíoé пласт-,нкк, помещенной перед изображением.

Вместо газовога лазера может быть использован и многомодовый палуправодчиковый лазер, а та-,:. :-;е "азараэрядная ламп;". низкого д.=.-:.;-:-гчя с узкой спектральной лкнкс .->я оптической схемы четыре повер †;„ãû>< изображения транспаранта 2 формируются приблизительно на расстоянки 5 см от мишени видикона 7. В эту плоскость помещается двухлепестковая диафрагма 5, перекрывающая два из нкх, расг оложенных в противоположных квадрантах.

В соответствии с приведенными оценочнымк выражениями разрешение в обрабатываемой картине может достигать f 1000 см при N =,500, что

I соответствует разрешающей способнос110135»

Составитель 1с,, 1:.о 3JIоB

Редактор J>.Ãpàòèëëo Тех ред С: 1" и . у К ОБ:1 1ОЕк ГОР (> = Вях>ак

Заказ 4770/34 TI pаж 639 :>О >РИСИ" Е

ВНИИПИ ГосударстBе нного комитета CCCP по делам изобретений и с гк".>biòlé

113035, Ж-35 Раушская на 5:,„ 1 5 филиал ППП Патен г „..." .м "c»,.c>, ул . Проект н11я, 4 тк телевизионной систем . Точность установки зеркал отражателя б для такого числа разрешенных точек N ссставляет величину около 3 — 4 угловых минут, что достаточно легко достиг ется с помошью стандартного кстировсчного приспособления, на кстором закреплено одно из зеркал отражатсля б„

Даже при не слишком больших геомет рических размерах отражателя б пространственные частоты могут лежать в диапазоне до О см и выше при числе разрешаемых точек по каждой координате N q 10 . Таким образом, по этим важным характеристикам предлагаемый анализатор значительно превосходит известный и достигает когерентные двумерные анализаторы спектра. Вместе с тем он лишен таких су1>1ественных недостатков когерегтных анализаторов, как весьма жесткие требования к качеству транспараь i с> .,i .;. 1>ход>11>ость испОль эОвания Од

;1ОМСДОВ ОГО Ла ЗЕ с., Vi ВЫСОКИЙ УРОВЕНЬ спе: я;>B-:.еских ксгерен -ных шумОВ, с:1>я.=.аннь>х с;1ефек тами оптических

:=>I=-.::: 1>тов сх е>.1ь>. Достаточно большие масс -гы «бр=.батываемой информации ! до . . О х = С- ра эрешенных точек и э

Bbiii1е >,, >эсзмОжнссть испОль э Ов ания МНо гомодовь>х подупровоцниковых лазеров и>1.. .цвж1-" нелазерных источников света, 10 а так>хе прос-:.Ота конструкции делают веc:-:M". перспективным использование пре,4JIBã"-.eMc>r"" некогерентного двумерного анализатора спектра в целом р>>де специализированных Оптоэлектронных устройств. Подобные устройства мо ...т применягься как для анализа иэображений >например, при Обработке а эро-1осмическ 4õ фогоснимков) . так и

1131огоканаль11ых 3JIектрических сесналоз

1Jадяолокация„ гидроакустике, сейсмо— г.эа .:11и и мегяцине .