Оптико-электронное корреляционное устройство

 

Изобретение относится к области радиотехники, в частности к устройствам корреляционного слежения за объектом, и может быть использовано. iнапример, в качестве активного сен-; сора в системах управления движением робота. Цель изобретения - повышение точности определения координат максимума корреляционной функции и чувствительности к малым смещениям изображения объекта. Это достигается тем, что в оптико-электронном корреляционном устройстве первый Фурьепреобразующнй элемент выполнен в виде билинзы, верхняя и нижняя половины которой смещены одна относительно другой вдоль оптической оси на фокусное расстояние билинзы, а дЛя компенсации квадратичньпс фазовых изменений в световых пучках от верхней и нижней половин билинзы установлены рассеивающая и фокусируницая линзы. 1 ил. i (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (19) (И) А2 (so 4 С 06 С 9/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) 1244681 (21) 4171583/24-24 (22) 29. 12. 86 (46) 15.07.88. Бюл. У 26 (7 1) Московский авиационный институт им. Серго Орджоникидзе (72) P .. П..Каминский и С.Х.Султанов (53) 681. 333(088. 8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1244681, кл. G 06 G 9/00., G 01 S 17/66, 1984. (54) ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННОЕ КОРРЕЛЯЦИОН НОЕ УСТРОЙСТВО (57) Изобретение относится к области радиотехники, в частности к устройствам корреляционного слежения эа объектом, и может быть использовано, ;например, в качестве активного сен- сора в системах управления движением робота. Цель изобретения — повышение точности определения координат максимума корреляционной функции и чувствительности к малым смещениям изображения объекта. Это достигается тем, что в оптико-электронном корреляционном устройстве первый Фурьепреобразующий элемент выполнен в виде билинзы, верхняя и нижняя половины которой смещены одна относитель но другой вдоль оптической оси на фокусное расстояние билинзы, а дЛя компенсации квадратичных фазовых изменений в световых пучках от верхЩ ней и нижней половин билинзы установлены рассеивающая и фокусирующая линзы. 1 ил. t4 10071

Изобретение относится к области радиотехники, в частности к устройствам корреляционного слежения за ( объектом, и может быть использовано, например, в качестве активного сенсора в системах управления движением робота.

Целью изобретения является повышение чувствительности к малым смещениям изображения объекта и увеличение точности определения координат максимума корреляционной функции.

На чертеже представлена функциональная схема оптико-электронного корреляционного устройства.

Оптико-электронное корреляционное устройство содержит расположенные последовательно на оптической оси источник когерентного света 1, кол- 2р лиматор 2, первый управляемый оптический транспарант 3, первый считывающий светоделитель 4, входной светоделитель 5, состоящий из полупрозрачного 6 и отражательного 7 зеркал, 25 формирователь 8 перевернутого изображения, состоящий из линз 9 и 10,, первый Фурье-преобразующий элемент

11, выполненный в виде билинзы из первой 12 и второй 13 половин, в све- 30 ( товых пучках от первой и второй половин билинзы установлены рассеивающая 14 и фокусирующая 15 линзы, в непосредственной близости от которых в плоскости пересечения световых пучков установлен второй управляемый оптический транспарант 16 для записи обобщенной голограммы квазиспектра, непосредственно за которым расположен второй считывающий светоделитель

17, на фокусном расстоянии от второго управляемого оптического транс паранта расположен второй Фурье-преобразующий элемент 18, в задней фокальной плоскости которого расположен двумерный фотоприемник 19, выход которого является выходом устройства, выходы же импульсного источника питания 20 электрически связаны с источником когерентного света, первым и вторым управляемьпл оптическим

50 транспарантами и источником подсвета

21 объекта 22, изображение которого проектируется на первый управляемый оптический транспарант объективом 23.

Устройство работает следующим образом.

Источник подсвета 21, запускаемый от импульсного источника. питания 20, периодически освещает объект наблюдения 22. Объектив 23 формирует изображение объекта Е(х,у} на фото-; проводящем слое первого управляемого оптического транспаранта 3, работающего в покадровом режиме преобразования некогерентного изображения в когерентное. Двумерный когерентный сигнал, сформированный источником когерентного света 1, коллиматором 2 и транспарантом 3, делится полупроз" рачным зеркалом 6 на два изображения, смещенных относительно оптической оси первого Фурье-преобразующего элемента 11 на половину его апертуры.

При этом второе изображение поступает на вход формирователя 8 перевернутого изображения, выполненного из двух одинаковых линз 9 и 10, установленных на двойном фокусном расстоянии одна от другой. Таким образом, на входе коррелятора с совместным преобразованием на Фурье-преобразующем элементе 11, выполненном в виде билинзы, верхняя и нижняя половины которой смещены одна относительно другой на фокусное расстояние билинзы, сравнивают два изображения

Е, (х„y-d} и Е (-х,-y+d}, где d— половина апертуры элемента 11. В .плоскости пересечения световых пучков от верхней и нижней половины билинзы формируются два оптических сигнала с комплексными амплитудами, пропорциональными квазиспектрам

G,(f,g).е, е * и . к сравниваемых изображений. Результат

° 1 интерференции этих сигналов (G< +GJi записывается на втором управляющем оптическом транспаранте 16, в непосредственной близости от которого, 3 для компенсации квадратичных .фазовых изменений

+ +-(f 3 ) и в пучках оптических сигналов, установлены рассеивающая 14 и фокусирующая 15 линзы. Таким образом

1410071 (е(х,v)l =I ö с (»,») „(f ») . . Р „д „Ь .. „П1 Д

= (g (х,y)+g<(x,у — 2d) j где f, "(— координаты в плоскости формирования квазиспектра измеряются двумерным фотоприемником 19.

При смещении изображения объекта на входе первого управляемого оптй ческого транспаранта на величину hx

4у на входе билинзы сравниваются два изображения

Е, (х - а х,g, — (d + ьу)) и

Е (-х+Ьх. -у+ d+ду). х

В плоскости расположения двумерного фотоприемника распределение поля бу,дет пропорционально преобразованию

Фурье кваэиспектров С„ и Gz

ДС (g -nf 7 — а ) С (g -а Ц f2 b х+ хй+ аз>)

-а() е <(,<7» 0 л С1 Д @ (х y), с gä (х — 2ах, у — 2(d +Ь у))z

» +(д Ьд ) 1 ( где смещения квазиспектра Ь (, д "Z являются функциями смещений hx, ду, т.е. при дх = оу = 0 смещения квазиспектра тоже равны нулю. Отклик на выходе фотоприемника пропорционален (х,у) а g (х — 2ах, у—

2(d + д y))l ) — » -у- - ZL

+ G< (f,() С (f,g) .е — ЮЛ 2»

+ С, (g,V) C,(g,q) е . * т,е, регистрируется обобщенная голограмма квазиспектра, которая затем считывается когерентным пучком от светоделителя 17. В результате обратного преобразования Фурье линзой 18 в выходной плоскости коррелятора возникает сложная картина: в центре, пропорциональная автокорреляционным

% функциям Е Е», Е к Е и двух светлых информационных областей корреляции g g u g v gz находящихся по обе стороны от цейтра на расстоянии 2d, интенсивность и координаты одного из которых определяется т.е. смещение квазиспектра (h (, д () не влияет на измеряемые координаты интенсивности функции корреляции

В плоскости (f,"() пересечения световых пучков (плоскость квазиспектров) происходит расширение дифракционной картины д d квазиспектров С„ и С, которое приводит к пропорциональному сужению функции корреляции по сравнению функции корреляции у прототипа, равному удвоенному размеру исследуемого иэображения объекта, т.е. Й,р = 2d» В

15 разработанном устройстве сужение размера корреляции происходит пропорционально увеличению размеров квазиспектра по сравнению с центральным пятном дифракции d в фокальной плос2О кости, т.е. да »r а », d Г 2ХК„ где d размер исследуемого иэображения объекта;

И=2 /2 — смещение плоскости ((,y квазиспектра, — фокусное расстояние билинзы.

В результате выигрыш в размерах корреляционного пика равен

В код 1 )

d 2d 1кор 2d» /

Например, при = 6 ° 10 см, f „ — 10 см, 4f/fn = 0,5, d» = 0,5 получаем В 10

Формула изобретения

Оптико-электронное корреляционное» устройство по авт. св. - 1244681,, 45 отличающееся тем, что, с целью увеличения точности определения координат максимума корреляционной функции, в устройство введены рассеивающая и фокусирующая линso зы а первый Фурье-преобразующий элемент выполнен в виде билинэы, первая и вторая половины которой сме" щены одна относительно другой вдоль оптической оси на фокусное расстояние билинэы, причем входы первой и второй половин билинзы оптически связаны соответственно с выходами отражающего зеркала и формирователя перевернутого изображения, а рассеиl 41 0071 дихоУ

Составитель Ю.Козлов

Техред А.Кравчук Корректор В.Гирняк

Редактор О.Спесивых

Тираж 704 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 3483/47

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4 фающая линза установлена между выхоом первой половины билинзы и входом торого управляемого оптического ранспаранта, а фокусирующая линза установлена между выходом второй половины билинзы и входом второго управляемого оптического транспаран5