Голографическое устройство выделения изображений неизвестных объектов из известного мешающего фона
Сущность изобретения: устройство представляет собой коррелятор, в котором за амплитудным режекторным фильтром установлена регистрирующая среда для записи голограмм, на которой записывается фильтр в реальном времени. Вплотную к согласованному фильтру устанавливают корректирующий амплитудный фильтр. Аберрации системы компенсируются за счет двухкратного прохождения света по одному и тому же пути в противоположных направлениях. 1 ил.
Изобретение относится к устройствам когерентной оптической обработки информации и голографии и может быть использовано для выделения изображения произвольного неизвестного объекта на известном мешающем фоне для выявления изменений в сложном изображении, например, в целях разведки ранее отсутствовавших, а в том числе замаскированных объектов. Оно может быть использовано в дешифровочных комплексах для выделения объектов, подлежащих дальнейшему дешифрованию. Известно голографическое устройство обнаружения известных объектов на произвольном мешающем фоне, содержащее источник когерентного излучения, узел формирования параллельно пучка света, транспарант с записью объекта и фона, первый Фурье-преобразующий элемент, голографический согласованный с объектом фильтр, второй Фурье-преобразующий элемент (1). Голографический согласованный фильтр представляет собой Фурье-голограмму известного объекта. Устройство по максимуму сигнала корреляции обнаруживает известный объект на произвольном мешающем фоне, однако оно неприменимо, если объект заранее не известен. Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является устройство для выделения изображений на известном мешающем фоне (2), содержащее последовательно установленные на общей оптической оси источник когерентного излучения, узел формирования параллельного пучка света, транспарант с записью изображения выделяемого объекта и мешающего фона, первый Фурье-преобразующий элемент, согласованный с мешающим фоном фильтр, второй Фурье-преобразующий элемент, амплитудный режекторный фильтр, третий Фурье-преобразующий элемент, голографический корректирующий фильтр четвертый Фурье-преобразующий элемент. При освещении трансплантата с записью изобpажения выделяемого объекта и мешающего фона когерентным светом в задней фокальной плоскости второго Фурье-преобразующего элемента фильтр, согласованный с фоном, формирует распределение яркостей, соответствующие функции автокорреляции фона (яркий корреляционный пик) и кросс-корреляции фона и изображения выделяемого объекта. Амплитудный режекторный фильтр не пропускает автокорреляционный пик, в котором сосредоточена основная часть информации о мешающем фоне, и пропускает остальное корреляционное поле, содержащее информацию и выделяемом изображении. Третий Фурье-преобразующий элемент преобразует данное корреляционное поле в пространственно-частотный спектр изображения объекта, искаженный согласованным фильтром. Голографический корректирующий фильтр, идентичный согласованному, компенсирует эти искажения, а четвертый Фурье-преобразующий элемент восстанавливает изображение выделенного объекта. Данное устройство позволяет выделять изображения любых, в том числе неизвестных, объектов с пространственно-частотным спектром, перекрывающимся со спектром известного мешающего фона, и тем самым, автоматизировать разведку и облегчить дешифрование неизвестных замаскированных объектов. Однако, дифракционная эффективность согласованного фильтра, изготовляемого обычно голографическим способом, и голографического корректирующего фильтра, идентичного согласованному, убывает с ростом пространственной частоты соответственно со спадом интенсивности пространственно-частотного спектра мешающего фона. Это приводит к значительному искажению пространственно-частотного спектра выделенного изображения объекта - уменьшению доли наиболее информативных в общем случае высокочастотных составляющих, т. е. к ухудшению качества изображения, уменьшению его информативности. Аберрации, присущие каждому оптическому элементу устройства, приводят также к ухудшению качества изображения выделенного объекта. В процессе изготовления голографического корректирующего фильтра его передаточная характеристика неизбежно получается отличной от передаточной характеристики согласованного фильтра, что также ведет к ухудшению качества изображения выделенного объекта. Цель изобретения - увеличение достоверности выделения. Цель достигается тем, что вместо третьего Фурь-преобразующего элемента, голографического корректирующего фильтра и четвертого Фурье-преобразующего элемента за амплитудным режекторным фильтром установлена регистрирующая среда для записи голограммы, а также устройства формирования опорного и считывающего пучков, вплотную к согласованному фильтру установлен корректирующий амплитудный фильтр. Для работы в реальном времени транспарант и регистрирующая среда для записи голограммы выполнены в виде пространственно-временного модулятора света, а между транспарантом и первым Фурье-преобразующим элементом установлен светоделитель. На чертеже изображена принципиальная схема предлагаемого устройства. На общей оптической оси последовательно расположены источник когерентного излучения 1, узел формирования параллельного пучка света 2, транспарант с записью изображения выделяемого объекта и мешающего фона 3, первый Фурье-преобразующий элемент 4, амплитудный корректирующий фильтр 5, согласованный с мешающим известным фоном фильтр 6, второй Фурье-преобразующий элемент 7, амплитудный режекторный фильтр 8 и регистрирующая среда для записи голограммы 9. Вне оси установлены устройства для формирования опорного 10 и считывающего 11 пучка. Они могут быть выполнены, например, в виде узла формирования параллельного пучка света и системы зеркал. При работе в реальном времени между транспарантом с записью изображения выделяемого изображения и мешающего фона 3 и первым Фурье-преобразующим элементом 4 установлен светоделитель 12. Транспарант с записью изображения выделяемого объекта и известного мешающего фона 3 освещается плоской волной когерентного света из узла формирования параллельного пучка света 2. В задней фокальной плоскости первого Фурье-преобразующего элемента 4, в которой расположен согласованный с фоном фильтр 6, формируется пространственно-частотный спектр выделяемого объекта и мешающего фона. Корректирующий амплитудный фильтр 5 выравнивает распределение амплитуд в пространственно-частотном спектре изображения выделяемого объекта, если он расположен перед согласованным фильтром 6, или в дифрагированном пучке, если расположен после согласованного фильтра 6 так, чтобы компенсировать изменение дифракционной эффективности согласованного фильтра по пространственным частотам. Это изменение дифракционной эффективности обусловлено видом пространственно-частотного спектра мешающего фона, с которым согласован фильтр 6. Второй Фурье-преобразующий элемент 7 формирует в своей фокальной плоскости распределение амплитуд, соответствующих функции авторреляции мешающего фона и кросс-корреляции фона и изображения выделяемого объекта. Применение амплитудного корректирующего фильтра 5 приводит к искажению авто-и кросс-корреляционных распределений. В общем случае автокорреляционный пик становится уже из-за усиления высокочастотных составляющих, что облегчает задачу его режекции, решаемую амплитудным режекторным фильтром 8, пропускающим составляющие корреляционного поля, соответствующие кросс- корреляции выделяемого изображения и фона и отрезающим составляющие, соответствующие автокорреляции фона "пик". Прошедшее амплитудный режекторный фильтр 8 кросс-корреляционное распределение записывается с помощью узла формирования опорного пучка 10 в виде голограммы на регистрирующей среде для записи голограммы 9. При освещении обработанной голограммы 9 считывающим пучком, сформированным устройством формирования пучка 11, восстановленный пучок идентичен сигнальному, использованному для записи голограммы, но распространяется в противоположную сторону. Каждая компонента пучка когерентного света, несущая информацию о выделяемом объекте, проходит всю оптическую систему дважды по одному и тому же пути. Первый раз на стадии записи голограммы 9, второй - на стадии ее восстановления, но уже в обратном направлении. Аберрации, вносимые элементами оптической системы, представляют собой искривления волнового фронта, которые компенсируются за счет двухкратного прохождения света по одному и тому же пути в противоположных направлениях. При дифракции восстановленной волны, несущей информацию о выделенном объекте, на согласованном фильтpе 6 искажения, внесенные им, компенсируются, и на выходе системы, совпадающем с положением трансплантата 3, получается изображение выделенного объекта на чистом фоне. За счет того, что для восстановления искаженного спектра используется тот же фильтр, который вносил эти искажения, исключаются искажения спектра, а значит и ухудшение качества изображения объекта, обусловленное неизбежными погрешностями изготовления корректирующего фильтра по отношению к согласованному. При работе в реальном масштабе времени, т. е. с использованием в качестве транспаранта 3 и регистрирующей среды 9 пространственно временных модуляторов свете для наблюдения выделенного изображения используется светоделитель 12, установленный между транспарантом 3 и первым Фурье-преобразующим элементом 4. Использование изобретения позволяет за счет двукратного прохождения света по одному и тому же пути в противоположных направлениях уменьшить аберрации оптической системы и за счет использования одного фильтра в качестве согласованного и корректирующего улучшить качество изображения выделенного объекта. Использование корректирующего амплитудного фильтра также улучшает качество выделенного изображения. Все это в целом повышает эффективность функционирования устройства. Длина устройства меньше длины известного устройства.
Формула изобретения
ГОЛОГРАФИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ВЫДЕЛЕНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЙ НЕИЗВЕСТНЫХ ОБЪЕКТОВ ИЗ ИЗВЕСТНОГО МЕШАЮЩЕГО ФОНА, содержащее последовательно установленные на общей оптической оси источник когерентного излучения, коллиматор, Фурье - преобразующий блок с согласованным с фоном фильтром и режекторный амплитудный фильтр, отличающееся тем, что, с целью увеличения достоверности выделения, за амплитудным режекторным фильтром установлена регистрирующая среда для записи голограмм, а перед коллиматором установлен светоделитель для выделения опорного канала, оптическая ось которого направлена под углом к регистирующей среде, и канала считывания, оптическая ось которого сопряжена с оптической осью опорного канала, а вплотную к согласованному фильтру установлен корректирующий амплитудный фильтр.РИСУНКИ
Рисунок 1
