Оптический преобразователь координат

 

1. ОПТИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ КООРДИНАТ, содержащий установленные последовательно на общий оптической оси источник коллимированного света и отражательный элемент, выполненный в виде зеркальной конической поверхности, обращенной вершиной к источнику коллимированного света, а также регистратор, отличающийся тем, что, с целью повышения разрешакнцей способности преобразователя, в него введены тран .спарант, на котором записано преобразуемое изображение, цилиндрические линзы, узел вывода информации и корректирующий фильтр, причем источник коллимированного света выполнен некогерентным,-а узел вывода инфррмации - многоканальным, число каналов которого сооответствует числу цилиндрических линз, установленных по периметру основания зеркальной конической поверхности вплотную одна к другой, образующие цилиндрических линз параллельны общей оптической оси, на которой между источником коллимированного света и вершиной зеркальной конической поверхности в плоскости входного изображения установлен транспарант, вход каждого канала узла вывода информации связан с выходом соответствующей цилинд (Л ррческой линзы, а его выход через корректирующий фильтр оптически свяcz зан с соответствукнцей частью входной плоской поверхности регистратора, причем корректирующий фильтр имеет линейно нарастающий коэффициент пропускания света в напргавлении от основания к вершине зеркальной конической поверхности. ;о 2. Преобразователь по п. 1, о т м личающийся тем, что в нем канал узла вывода информации выполнен в виде зеркальной отражающей системы.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

71 А

09) (11) 3Ш G 06 G 9/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

flO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Ъ (21) 3495081/18-24 (22) 30.09.82 (72). В.А. Воронин (46) 23.08.84. Бюл. Р 3 1 (53) 681.3(088.8) (56) 1. Casasent D., Psaltis D.

:Position, rotation abd scale invariant optical correlation. — "Appl.

:Opt. 1976, 15, У 7, р. 1799-1780.

2, Авторское свидетельство СССР

Р 867193, кл. G 06 G 9/00, 1979.

3. Катыс Г.П. Объемное и квазиобъемное представление информации.

M., "Энергия", 1975, с. 185, рис. 123 (прототип). (54) (57) 1. ОПТИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ КООРДИНАТ, содержащий установленные последовательно на общий оптической оси источник коллимированного света и отражательный элемент, выполненный в виде зеркальной конической поверхности, обращенной вершиной к источнику коллимированного света, а также регистратор, о т л ич а ю щ н и с я тем, что, с целью повышения разрешающей способности преобразователя, в него введены транспарант, на котором записано преобразуемое изображение, цилиндрические линзы, узел вывода информации и корректирующий фильтр, причем источник коллимированного света выполнен не:когерентным,-а узел вывода информаЬ t ции — многоканальным, число каналов которого сооответствует числу цилиндрических линз, установленных по периметру основания зеркальной конической поверхности вплотную одна к другой, образующие цилиндрических линз параллельны общей оптической оси, на которой между источником кол" лимированного света и вершиной зеркальной конической поверхности в плоскости входного изображения установлен транспарант, вход каждого канала узла вывода информации связан g

O с выходом соответствующей цилиндрической линзы, а его выход через корректирующий фильтр оптически связан с соответствующей частью входной плоской поверхности регистратора, причем корректирующий фильтр имеет линейно нарастающий коэффициент пропускания света в направлении от основания к вершине зеркальной конической поверхности.

2. Преобразователь по п. 1, о т- .л и ч а ю шийся тем, что в нем . каждый канал узла вывода информации: выполнен в виде зеркальной отражающей системы.

1109771

Наиболее близким к изобретению является оптический преобразователь, используемый для записи полной

35 информации об объекте на голограмму.

На одной оптической оси последовательно расположены источник когерентного света, коллиматор, полупрозрачный зеркальный конус, охваченный регистратором, за конусом расположен голографируемый объект, Когерентный свет с помощью коллиматора направляется на конус. На конусе происходит разделение света. Часть его отражает- 45 ся от зеркальной поверхности и в ( качестве опорного попадает на регистратор, другая, прошедшая полупрозрачную поверхность, часть света освещает голографируемый объект. Рассеянный объектом свет также попадает на регистратор E3l.

Недостатком известного устроиства является низкая разрешающая способность из-эа отсутствия специализации при выполнении преобразования координат, а также из-за использования цилиндрического регистратора.

Изобретение относится к оптической обработке информации и вычислительной технике и может быть использовано в оптических вычислительных устрой ствах, в устройствах распознавания и идентификации.

Известно устройство, содержащее телеприемник, изображение в котором . представляется в виде последователь ности электрических сигналов, моду лятор света, принимающий эти сигналы в соответствии с ними модулирующий свет от источника света, дефлектор, который адресует модулированный ! свет в соответствии с сигналами 15 от ЭВИ Ã13.

Недостатками: этого устройства являются низкое быстродействие, недостаточное разрешение и точность вследствие дискретности обработки. 20

Известны также преобразователи координат, основанные на использовании волоконно-оптического преобразователя, позволяющего трансформировать исходное изображение 2).

Недостатки таких преобразователей заключаютсЯ в высокой технологической трудности их практической реализации, недостаточно высоком разрешении вследствие использования волокон- 30 но-оптических световодов.

Цель изобретения — повышение разрешающей способности оптического преобразователя координат.

Указанная цель достигается тем, что в оптический преобразователь координат, содержащий установленные по следовательно на общей оптической оси источник коллимированного света и отражательный элемент, выполненный в виде зеркальной конической поверхности, обращенной вершиной к источнику коллимированного света, а также регистратор, введены транспарант, на котором записано преобразуемое изображение, цилиндрические линзы, узел вывода информации и корректирующий фильтр, причем источник коллимированного света выполнен некогерентным, а узел вывода информации— многоканальным, число каналов которого соответствует числу цилиндрических линз, установленных по периметру основания зеркальной конической поверхности вплотную одна к другой, образующие цилиндрических линз параллельны общей оптической оси, на которой между источником коллимированного света и вершиной зеркальной конической поверхности в плоскости входного изображения установлен транспарант, вход каждого канала узла вывода информации связан с выЪ ходом соответствующей цилиндрической линзы, а его выход через корректирующий фильтр оптически. связан с соответствующей частью входной плоской поверхности регистратора, причем корректирующий фильтр имеет линейно нарастающий коэффициент пропускания света в направлении от основания к вершине зеркальной конической поверхности.

Причем каждый канал узла вывода информации выполнен в виде зеркальной отражающей системы.

На фиг. 1 и 2 приведены схемы аптического преобразователя координат, на фиг, 3 и 4 — варианты реализации узла вывода информации.

Перобразователь содержит зеркальную коническую поверхность 1-, обращенную вершиной к источнику 2 колли" мированного света, цилиндрические линзы 3, корректирующий фильтр 4, транспарант 5, установленный в плоскости высокого напряжения, узел б вывода информации и регистратор 7, Кроме того, обозначены зеркала 8, 1109771 полярных координатах поля преобразованного изображения. Фильтр 4 выполнен с линейно увеличивающимСя коэффициентом пропускания света в направлении от основания к вершине конической поверхности 1 вдоль его высоты

Первый вариант узла 6 вывода

10 информации (фиг. 3) работает следующим образом.

Свет, вышедший из двух соседних цилиндрических линз 3, отражается со ответственно от зеркал 15 и 16 и попадает на элемент 17 соединения, 15 полей двух изображений. Отразившись от него, свет распространяется параллельно, соединив поля изображений этих цилиндрических линз 3 по смежным сторонам. Из двух других соеди20 нений цилиндрических линз 3 свет последовательно отражается от зеркал 8„9, 11, 13и8, 10, 12и 14 соответственно. Эти зеркала. располо25 жены таким образом, что присоединяют отражаемые поля изображений к первым двум. От зеркал 8„ 9, 11 и 13 отражается свет, вышедший из одной цилиндрической линзы 3, и соединяет свое поле изображения по стороне смежной с полем иэображения другой цилиндрической линзы 3. Аналогично зеркалами 8,, 10, 12 и 14 последовательно отражается свет, вышедший из следующей цилиндрической линзы 3, 35 и соединяет свое поле иэображения по смежной стороне с полем изображения оставшейся цилиндрической линзы 3. Таким образом, на выходе узла б формируется параллельный

40 пучок света, в плоскости сечения которого соединены со смежным сторонам последовательно поля изображений, вышедшие из всех цилиндрических линз

3, число которых может быть и иным.

45 Другой вариант узла 6 вывода информации (фиг. 4).не вносит сдвига фаз между отдельными полями и работает следующим образом.

8, 9-1б, и зеркальный элемент 17 соединения полей двух изображений, зеркала 18-21, зеркальные элементы

22 и 23 соединения полей двух иэобра жений, зеркала 24-27 и выходной зеркальный элемент 28 соединения полей двух изображений.

Преобразователь координат работает следующим образом, Параллельный пучок света, сформированный источником 2 коллимированного света, освещает транспарант 5, на котором записано входное изображение. Затем свет, промодулированный входным изображением, проецируется на зеркальную коническую поверхность

1, отражаясь от нее под углом 90 к первоначальному направлению. Вследствие того, что лучи попадающего света параллельны, после отражения от поверхности 1 они распространяются в радиальном направлении во все стороны в плоскости, перпендикулярной его основанию. Ширина пучка света, распространяющегося во все стороны, равна радиусу основания конической поверхности 1 или его высоте, так как они равны между собой., причем вол ,новой фронт света является цилиндрическим.

В каждой из цилиндрических линз 3 цилиндрический фронт световой волны преобразуется в плоский, разделясь в описываемом варианте на четыре части.

Узлом 6 вывода информации плоские поля изображений, выходящие из цилиндрических,линз 3, переносымые плоскими волновыми фронтами, совмеща" ются на выходе узла 6 смежными краями, образуя прямоугольнь1е плоское поле изображения, боковые края которого соответствуют границе раздела двух плоских полей изображения, выходящих из любой пары рядом расположенных цилиндрических линз 3.

Корректирующий фильтр 4 служит для компенсации амплитудного искажения, возникающего в результате распределения света, отраженного ат конической поверхности 1, вдоль высоты описанной цилиндрической поверхности.

Свет, отраженный близ вершины конической поверхности 1, распределяется по такой же длине окружности как и отраженный у основания. Следовательно, амплитуда отраженного света возрастает с увеличением радиуса в

Свет, вышедший из двух смежных цилиндрических линз 3, отражается соответственно от зеркал 18 и 20 и попадает на элемент 22 соединения полей двух изображений. Свет иэ

55 двух других систем цилиндрических линз 3, отразившись от зеркал 19 и 20, попадает на элемент 23. На оптическом вы*оде элементов 22 и 23 установлены соответственно зеркала

11097.71

24 и 25, отражающие свет в одном направлении под углом 90 к первоначальному. От зеркала 24 свет попадает на зеркало 26, а от зеркала

- 25 на зеркало 27. Зеркала 26 и 27 отражают свет на элемент 28 соединения полей двух изображений. Таким образом, на выходе выходного элемента

28 формируется пучок света, в плос кости сечения которого образовано поле изображения, соответствующее ,йреобразованному в.полярные координа,ты исходному изображению.

Преобразование координат осуществляется следующим образом.

Известно, что окружность в декартовых координатах (Х, У), проведенная относительно точки начала координат

О, представляет собой прямую линию в . полярных координатах (l, g) . Если представить все поле изображения в

h декартовых координатах, заполненным такими окружностями разных радиусов:.

y, то поле изображения в полярных координатах .заполнено прямыми линиями,2 параллельными оси углов g . Запишем на транспарант 5, устанавливаемый в плоскости входного изображения, набор концентрических окружностей с центром, совпадающим с продолжением ЗО оси конической поверхности 1, а также с центром 0 декартовых координат исходного поля изображения. Рассмотрим преобразование двух любых из них, например, с радиусами з „ и r, Спроецированные на поверхность 1, они попадают на соответствующие окружности отражающей конической поверхности 1, удаленные от ее вершины по его высоте на расстояние,>и, отразившись 40 от зеркальной поверхности 1, свет, несущий информацию об окружностях, попадает на цилиндрическую поверхность по которой установлены цилиндрические линзы 3. Спроецированные 4s .окружности оказываются равными между собой.и равны длине окружности цилиндрической поверхности. Их.расстояния от плоскости, проходящей через вершину конической поверхности, перпендикулярной его оси, равны Ъ"„ и .у . соответственно. Таким образом, если зафиксировать изображение на цилиндрической поверхности, разделить ее по одной из образующей и развернуть, получим плоскую прямоугольную поверхность, на которой расположены две прямые линии на высоте г „

;и z от основания, т.е. по оси радиусов. Разворот по длине окружности цилиндрической поверхности изображения в плоскую происходит в результате коллимации расходящегося от поверхности 1 света цилиндрическими линзами 3. В каждом из полученных четырех пучков света поле изображения плоское и соответствует 1/4 преобразованного поля по оси углов

Таким образом, в каждом из четырех пучков света переносится часть поля изображения преобразованных окружностей в полярных координатах, составляющая один квадрант исходных декартовых координат или Л /2 часть полярных. Узлом 6 поля изображения соединяются по смежным сторонам в выходное поле изображения.

Фильтр 4 может быть изготовлен на фотопластине фотоспособом. Эффективность преобразователя вытекает из того, что он осуществляет преобразование изображения из декартовых координат в полярные (возможно и обратное преобразование) оптическим методом, в аналоговом виде.

Разрешающая .сйособность преобразования определяется точностью изготовления простых оптических элементов, что обуславливает технико-экономическую эффективность предлагаемого преобразователя. Экспериментальная .проверка работы оптического преобразователя координат на физической модели подтверждает era высокую эф° фективность.

1109771

Фиг.1

Составитель Ю.Козлов

Техред М. Гергель

Корректор N.Ìàêñèìèøèíåii

Редактор Н.Бобкова

Заказ 6086/35

Тираж 699 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1 13035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4