Устройство оптической спектральной обработки изображения шероховатой поверхности

 

Изобретение относится к средствам аналоговой вычислительной техники и может быть использовано для измерения временных спектров изображения шероховатой поверхности, в частности морской поверхности. Цель - повышение точности. Для достижения цели модулятор имеет возможность возвратно-поступательного движения в горизонтальной плоскости и снабжен группой контактов, светодиодов и фотодиодов, способствующих синхронному преобразованию и фильтрации временных частот, соответствующих пространственным частотам на изображении морской поверхности. 2 з.п.ф-лы, 1 ил.

ссюЗ СОВЕТСНИХ социАлистичнжих

РЕСПУБЛИН щ)5 G 06 Е 3/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCWOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОсудАРст8енный нОмитет

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЬПИЯМ пРи Гннт сссР (21) 4352123/24-24 (22) 14.12.87 (46) 30.09.90. Бюл. t Зб (71) Горьковский научно-исследова- тельский радиофиэический институт и Институт прикладной физики АН CCCP (72) Э.И,Зуйкова, М.П.Гуськов, А.Б.Ерышев, Н.А.Седунов, Д.И.Браво-Животовский, А.Г.Лучинин и В.И.Титов (53) 681 ° 333(088..8) (56) Авторское свидетельство СССР

Н 1018132, кл. G 06 G 9/00, 1983. (54) УСТРОЙСТВО ОПТИЧЕСКОЙ СПЕКТРАЛЬНОЙ ОБРАБОТКИ ИЗОБРАЖЕНИЯ ШЕРОховАтой повеРхности

Изобретение относится к техническим средствам аналоговой вычислительной техники и предназначено для дистанционного измерения временных спектров изображения шероховатой, поверхности, в частности морской поверхности.

Цель изобретения - повышение точности измерения временного спектра, а также расширение функциональных возможностей за счет. обработки шероховатых поверхностей различных азимутальных направлений.

На чертеже приведена структурная схема устройства.

Устройство содержит анализатор

1 спектра временных частот и последовательно расположенные на оптической оси объектив 2, модулятор 3 линзу 4 и фотоприемник 5. Модулятор

2 (57) Изобретение относится к средст- вам аналоговой вычислительной техники и может быть использовано для измерения временных спектров изображения шероховатой поверхности, s частности морской поверхности.

Цель — повышение точности. Для достижения цели модулятор имеет возможность возвратно-поступательного движения в горизонтальной плоскости и снабжен группой контактов, светодиодов и фотодиодов, способствующих синхронному преобразованию и фильтрации временных частот, соответствующих пространственным частотам на изображение морской поверхности.

2 з.п, ф-лы, 1 ил.

3 выполнен в виде размещенных в плоскости, перпендикулярной оптичес" кой оси, N прямоугольников иэ оптических плоских решеток 6 разного периода, совмещенных длинными сторонами. Модулятор 3 установлен с возможностью возвратно-поступательного . перемещения вдоль горизонтальной оси Х и снабжен кулачковым механизмом 7, размещенным на оси электродвигателя 8, и группой 9 контактов смены направления перемещения модулятора 3. Устройство содержит также N светодиодов 10, N фотодиодов 11, частотный.преобразователь 12 и генераторы 13 и 14 несущих частот. Каждый светодиод 10 оптически связан с соответствующим фотодиодом 11 через соответствующую оптическую плоскую решетку б. Контакты группы 9 смены

15963 15

15

25

30 с,(гг/

/л„, q40

55 направления перемещения модулятора

3 подключены к входу задания изменения фазы генератора 14. Выходы генераторов 13 и 14 подключены соответственно к первому и второму вхо" дам несущей частоты частотного преобразователя 12. N опорных входов частотного преобразователя 12 подключены к выходам соответствующих фотодиодов 11. Выход фотоприемника

5 подключен к информационному входу частотного преобразователя 12, N выходов которого подключены к соответствующим входам анализатора 1.

Кроме того, (N-1 )-я оптическая плоская решетка 6 модулятора 3 выполнена в виде двух совмещенных в одной плоскости оптических решеток; установленных с возможностью изменения взаимной ориентации полос, а

k оптических решеток 6 (k (N) ориентированы под различными углами к ° горизонтальной оси.

Частотный преобразователь 12 содержит N синхронных детекторов 15, каждый из которых состоит из полосового фильтра 16, однополосных модуляторов 17 и 18, умножителя 19 и фильтра 20 нижних частот. Выход полосового фильтра 16 каждого синхронного детектора 15 подключен к информационному входу соответствующего однополосного модулятора 17, выход которого подключен к второму входу соответствуюцего умножителя 19. Выход умножителя 19 каждого синхронного детектора 15 подключен к входу соответствующего Фильтра 20. Входы полосовых Фильтров 16 объединены и являются информационным входом преобразователя 12. Входы несущей частоты однополосных модуляторов 17 и

18 объединены и являются соответственно первым и вторым входами несущей частоты преобразователя 12. Опорный вход каждого однополосного модулятора 18 является соответствующим опорным входом преобразователя 12, .а выход каждого из фильтров 20 является соответствующим выходом преобразователя 12.

Устройство работает следующим образом.

Объектив 2 Формирует изображение исследуемой поверхности (в данном случае морской поверхности) в плоскост1, оптических решеток 6 модулято ра 3. При смещении вдоль оси Х модулятор 3 преобразует изображение, сфокусированное объективом 2, в N световых сигналов, яркость которых пропорциональна произведению плотности модулятора 3 и яркости изображения морской поверхности в координатах Х, Y. При этом фаза каждого иэ сигналов имеет составляющую (21 6/Л„)Чй, где 7„ - пространственный период соответствующей решетки

6 V - -скорость смещения модулятора

3 °

Световые сигналы с выхода модулятора 3 интегрируются линзой 4, а фотоприемник 5 преобразует световые сигналы в электрические, поступающие на вход частотного преобразователя 12. Полосовые фильтры 16 синхронных детектором 15 осуществляют разделение электрического сигнала на составляющие, соответствующие световым сигналам, сформированным оптическими решетками 6 перемещающе.гося модулятора. 3. Сигналы на выходах полосовых фильтров 16 имеют следующий вид:

2 " 2Гxcos(V t + Vt), ль 1 и

35 где Ч1 - направление анализа по .азимутальному углу; спектральная плотность уклонов волн на пространственном периоде Л „ в направлении 1р — соответственно центральная частота и полоса пропускания соответствующего полосового фильтра

16;

V, — максимальная скорость перемещения волн на исследуемой поверхности относительно плоскости оптических решеток 6.

Эти сигналы поступают на входы соответствующих однополосных модуляторов 17, на опорные входы которых подается сигнал генератора 13: несущей частоты. Однополосный моду15963

; лятор 17 в каждом синхронном детекторе 15 осуществляет перенос сигнала с выхода соответствующего Фильтра 16 на частоту с|, генератора 13 ° .

Одновременно вспомогательный опорный сигнал, сформированный каждым

Фотодиодом 11 с помощью соответствующего светодиода 10 при смещении между ними соответствующей оптической решетки 6 модулятора 3, поступает на опорный вход соответствующего однополосного модулятора 18. На другой вход каждого однополосного модулятора 18 подается сигнал с час- 15 тотой ж генератора 14. Однополосные модуляторы 18 осуществляют перенос вспомогательного опорного сигнала с соответствующих Фотодиодов 11 на частоту ы генератора 14, Сигналы 20 на выходах однополосных модуляторов

18 имеют следующий вид:

2Т

Aco s (ut — — Vt) .

Л, 2ГAcos(u)t + Vt). ï

30

40

45, лиэатор спектРа временных частот и объект и ва, ли нэ у и Фотоп ри емни к, 50 причем модулятор выполнен в виде

Сигналы, сформированные однополосными модуляторами 17 и 18, поступают на соответствующие входы умножителя 19. На выходе умножителя

19 в каждом синхронном детекторе 15 формируется сигнал на разностной частоте Ы,= td - (d

Каждый Фильтр 20 нижних частот отфильтровывает составляющие сигнала с частотой, большей частоты среза ы „= о.>,+ k„V„, где k„V — полоса пропускания соответствующего полосового фильтра 16. На выходах фильтров 20 сигналы имеют вид

2/(2Т л

2»х сов(ю,t + V t) . л„"

С выходов фильтров 20 сигналы поступают в анализатор 1 спектра временных частот.

При смене направления смещения модулятора 3 с помощью электродвигателя 8 и кулачкового механизма 7 группа 9 контактов обеспечивает формирование сигнала, поступающего на вход впадания изменения фазы генератора 14.

При этом фаза сигнала генератора

14 изменяется на и а сигналы на

15 6 выходах однополосных модуляторов 18 принимают вид

Следовательно, при любом направлении движения модулятора 3 обеспечиоается синфаэная обработка сигналов, сформированных изображением . морскои поверхности.

Анализатор 1 работает либо в режиме Формирования и записи текущих случайных реализаций временного спектра, либо в режиме некогерентного временного накопления случайных реализаций спектра с помощью многоканального интегратора, входящего в состав анализатора 1. В первом случае на выходе анализатора 1 формируются текущие спектры изображения морской поверхности, по которым определяют период и форму модуляции длинных энергонесущих волн, а также сравнивают характер сигналов при различных пространственных периодах оптических решеток и азимутальных углах у модулятора 3. Во втором случае на выходе анализатора формируется усредненный спектр, по которому можно определить среднее смещение центра спектра от частоты м,, вызванное проекцией ветрового дрейфа и течения на.направлении анализа и Фазовой скоростью анализируемой волны, а также ширину спектра, обусловленную орбитальными скоростями длинных модулирующих энергонесущих волн.

Ф

Формула изоГ>ретеня

1. Устройство оптической спектральной обработки изображения шероховатой поверхности, содержащее анапоследовательно расположенные на оптической оси объектив, модулятор, размещенный в сопряженной плоскости размещенных в плоскости, перпендикулярной оптической оси, М прямоуголь" ников из оптических плоских решеток разного периода, совмещенных длинными сторонами, отличающеес я тем, что, с целью повышения точности, в него введены N светодиодов, N Фотодиодов, частотный преобразователь, первый и второй генераторы

159б315 несущих частот, при этом модулятор установлен с возможностью возвратнопоступательного перемещения вдоль горизонтальной оси и снабжен кулачковым механизмом, размещенным на оси электродвигателя, и группой контактов смены направления перемещения модулятора, каждый све1одиод оптически связан с соответствующим фотодио- 10 дом через соответствующую оптическую плоскую решетку, контакты группы смены направления перемещения модулятора подключены к входу задания изменения фазы второго генератора несущей частоты, выходы первого и второго ге-. нераторов несущих частот подключены к первому и второму входам несущей частоты частотного преобразователя, N опорных входов которого подключены к выходам соответствующих фотодиодов, выход фотоприемника подключен к-информационному входу частотного преобразователя, N выходов которого подключены к соответствующим входам 25 анализатора спектра временных частот.

2. Устройство по и. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет обработки шероховатых поверхностей различных азимутальных направлений, (И-k)-я оптическая плоская решетка модулятора выполнена в виде двух совмещенных в одной плоскости оптических решеток, установленных с возможностью изменения взаимной ориентации полос, а 1с оптических решеток (k (N) ориентированы под различными углами к горизонтальной оси.

3. Устройство по и. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что частотный преобразователь содержит N синхронных детекторов, каждый иэ которых состоит из полосового фильтра, первого и второго однополосных модуляторов, умножителя и фильтра нижних частот, при этом выход полосового фильтра каждого синхронного детектора подключен к информационному вхо ду соответствующего первого однополосного модулятора, выход которого подключен к второму входу соответст вующего умножителя, выход которого подключен к входу соответствующего фильтра нижних частот, входы полосовых фильтров объединены и являются информационным входом преобразователя, входы несущей частоты первых и вторых однополосных модуляторов объединены и являются соответственно первым и вторым входами несущей частоты преобразователя, опорный вход каждого второго однополосного модулятора является соответствующим опорным входом преобразователя, а выход каждого из фильтров нижних, частот является соответствующим выходом преобразователя.