Устройство для сканирования трехмерных изображений

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ СКАНИРОВАНИЯ ТРЕХМЕРНЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ, содержащее последовательно расположенные систему формирования трехмерного изображения , линзу-аксикон и фотоприемник, а также систему ориентации и блок записи данных, отличающеес я тем, что, с целью увеличения динамического диапазона устройства, в него введен Нейтральный оптический фильтр с дискретными кольцевыми зонами , установленный перед линзой-аксиконом , зависимость коэффициента пропускания света в нейтральном оптическом фильтре от радиуса описывается дискретной версией плавной функции, которая имеет минимальные значения на краевых кольцевых зонах, нулевые значения вне кольцевой апертуры и максимальное значение в центральной кольцевой зоне, при этом число кольцевых зон нейтрального oftтического фильтра равно трем или § более,- а число конических поверхностей линзы-аксикона выбрано равным (О числу кольцевых зон нейтрального оптического фильтра.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

09) (11)

15114 С 03 Н 5/00, 1/22

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3673252/24-25 (22) 16,12,83 (46) 23.04.86. Бюл. У 15 (71) Объединенный институт ядерных исследований (72) Л.И.Сороко (53) 772.99 (088 ° 8) (56) Lutz I.R. CERN 82-01, 22.03.82, р. 186.

Авторское свидетельство СССР

У 1116864, кл. С 03 Н 5/00, 12.05.83. .(54)(57) УСТРОЙСТВО g3IH СКАНИРОВАНИЯ

ТРЕХМЕРНЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ, содержащее последовательно расположенные систему формирования трехмерного иэображения, линзу-аксикон и фотоприемник, а также систему ориентации и блок записи данных, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью увеличения динамического диапазона устройства, в него введен нейтральный оптический фильтр с дискретными кольцевыми soнами, установленный перед линзой-аксиконом, зависимость коэффициента пропускания света в нейтральном оптическом фильтре от радиуса описывается дискретной версией плавной функции, которая имеет минимальные значения на краевых кольцевых зонах, нулевые значения вне кольцевой апертуры и максимальное значение в центральной кольцевой зона, при этом число кольцевых зон нейтрального о*тического фильтра равно трем или более, а число конических поверхнос- 9 тей линзы-аксикона выбрано равным числу кольцевых зон нейтрального оптического фильтра. С::

1 1155092 2

15 меры.

30

Изобретение относится к экспериментальной ядерной физике и физике элементарных частиц, оно может быть использовано в технике трековых камер при исследовании свойств элементарных, н частности короткоживущих, частиц.

Известно устройство для сканирования трехмерных изображений, которое представляет собой оптический микроскоп, перемещаемый относительно действительного трехмерного иэображения по трем декартовым координатам.Увеличенное иэображение объекта, попавшего в слой четкой резкости оптического микроскопа, поступает на экран видикона и далее подвергается визуальному просмотру, сканированию и обработке на 3ВМ.

Недостаток устройства состоит в том, что оптический микроскоп содержит традиционные объектив и окуляр, глубина резкости A Z и разрешающая способность Х по объекту которых связаны соотношением- %ь Е = 2ьХ, где Ъ вЂ” длина волны света. Так, например, если Ь Х = 10 мкм, % =О, 5 мкм, то hZ = 0,8 мм. При глубине исследуемого объема 10 см это означает, что в рабочем объеме умещается около 125 независимо сканируемых слоев.

Известно также устройство для сканирования трехмерных иэображений, содержащее последовательно расположенные систему формирования трехмерного изображения, линзу-аксилон и фотоприемник, а также систему ориентации и блок записи данных. Система ориентации представляет собой систему поступательного перемещения и поворота оптической проекционной системы,при этом оптическая проекционная система содержит шторку с двумя кольцевыми вырезами и линзу-аксикон с двумя коническими поверхностями. Ширина кольцевых вырезов в шторке и углы, под которыми наклонены конусные поверхности к оптической оси оптической проекционной системы, выбраны иэ условия, что две области сканирования, которые образуют две системы из конуса и кольцевого выреза линзы-аксикона, совпадают.

Это устройство работает следующим образом. Закрепив угол наклона линии проектирования относительно оптической оси устройства, шторку с линзойаксиконом устанавливают так, чтобы обл сть сканирования была больше глубины или заданной его части восстановленного трехмерного иэображения треков.

Если элемент изображения трека попал в точку сканирования, то свет попадает в фотоприемник.

Элемент сканирования перемещают. по объему трехмерного изображения путем поступательного перемещения по двум координатам оптической проекционной системы. Затем такую же операцию выполняют для другого ракурса. Полученные таким образом две проекции трехмерного изображения события в трековой камере направляют в традиционную автоматизированную систему обработки стереопроекций.

Устройство имеет достаточно высокий динамический диапазон и его можно использовать для сканирования трехмерных изображений с высокой плот. ностью треков в объеме трековой каБлагодаря использованию линзы-аксикона с двумя коническими поверхностями и шторки с двумя кольцевыми апертурами удается уменьшить интен° сивность боковых лепестков распределения интенсивности света в области фокуса.

Однако в данном устройстве устранены не все причины появления боковых лепестков распределения интенсивности света в области фокуса. Одной из этих причин является то, что общая апертура линзы-аксикона имеет резкие обрывы на краях. В результате огибающая боковых лепестков изменяется с расстоянием х между элементом трехмерного изображения трека и оптической осью линзы-аксикона как 1/х, в то время как соответствующая огибающая в традиционной линзе с круглой апертурой изменяется как 1/х °

Цель изобретения состоит в увеличении динамического диапазона устройства.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для сканирования трехмерных изображений, содержащее последовательно расположенные систему формирования трехмерного изображения, линзу-аксикон и фотоприемиик, а также систему ориентации устройства относительно трехмерного изображения и блок записи данных, содержит нейтральный оптический фильтр с

3 1155 дискретными кольцевыми зонами, установленный перед линзой-аксиконом, зависимость коэффициента пропускания света в нейтральном оптическом фильтре от радиуса описывается дискретной версией плавной функции, которая имеет минимальное значение на краевых кольцевых зонах, нулевые значения: вне кольцевой апертуры и максимальное значение в центральной кольцевой 10 зоне, при этом число кольцевых зон нейтрального оптического фильтра .равно трем или более, а число конических поверхностей линзы-аксикона выбрано равным числу зон нейтрального оптического фильтра.

Схема устройства дана на чертеже где изображены системы формирования трехмерного изображения 1,линза-аксикон 2, нейтральный оптический фильтр 3, фотоприемник 4 с точечным отверстием, система 5 ориентации устройства относительно трехмерного иэображения и блок 6 записи данных.

Нейтральный оптический фильтр 3 25 имеет кольцевые зоны с различными коэффициентами пропускания света.

Чтобы снизить интенсивность боковых лепестков распределения интенсивнос.ти света в области фокуса, внешние кольцевые зоны нейтрального оптического фильтра имеют низкий коэффициент пропускания света, а центральные кольцевые зоны — высокий коэффициент пропускания света. Зависимость коэффициента пропускания света от радиуса описывается дискретной версией плавной функции, например функции Гаусса или квадратом полуволны синусоиды.

Число конических поверхностей в

40 линзе-аксиконе равно числу кольцевых эон нейтрального оптического фильтра для получения согласованного действия нейтрального оптического фильтра и линзы-аксикона. Лучше всего уст45 ройство функционирует тогда, когда число кольцевых зон нейтрального оптического фильтра выбрано нечетным.

Устройство работает следующим образом. Если в область сканирования

50 трехмерного иэображения попадает элемент трека, то счет от него направляется во входное отверстие фотоприемника 4, а возникающий фотоэлектрический сигнал поступает в блок 6 за092 4 писк данных. Точность фиксирования поперечных координат элемента трека определяется внешней апертурой йнзы-аксикона и остается неизменной во всех участках области сканирования трехмерного изображения. После окончания сканирования трехмерного изображения под одним ракурсом система 5 ориентации устройства относительно трехмерного изображения переводит устройство в новый ракурс и операция сканирования того же трехмерного изображения повторяется.

Техническое преимущество устройства состоит в том, что огибающая боковых лепестков распределения интенсивности света в области фокуса приближается к 1/х а если число конических поверхностей линзы-аксикона и число градаций нейтрального оптического фильтра сделать равным или большнмсеми,, то огибающая боковых лепестков распределения интенсивности света в области фокуса будет лежать ниже, чем для традиционной линзы с круглой апертурой. Это было показано путем моделирования на ЭВМ характеристик предлагаемого устройства.

Положительный эффект предлагаемо- го устройства обусловлен тем, что огибающая боковых лепестков распределения интенсивности света в области фокуса лежит намного ниже, чем в устройстве принятом за прототип.

Без разбиения на кольцевые зоны градаций поглощения света нейтрального оптического фильтра невозможно получить быстроспадающую огибающую боковых лепестков интенсивности света в области фокуса. Число кольцевых зон нейтрального оптического фильтра не может быть выбрано равным двум, так как в этих условиях невозможно сформировать требуемое распределение коэффициента пропускания света в нейтральном оптическом фильтре с максимумом в центральной кольцевой зоне, Становится невозможным создать эффект многолучевого распределения света из области сканирования в фот< приемник, а чем сильнее этот эффект. тем быстрее спадает огибающая боко-. вых лепестков распределения интенсь ности света в области фокуса.

1155092

Техред Л.Олейник Корректор М.Демчик

Редактор О.Кузнецова

Тираж 436 ° Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 2154/2

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4