Устройство для обработки спекл-фотографий

 

Изобретение относится к области обработки спекл-фотографий и может найти применение при исследовании смещений и деформаций диффузных обьектов методом фоторегистрации спекл-структуры. Цель - повышение производительности и точности обработки. Луч лазера, проходя через диафрагму , просвечивает спекл-фотографию, закрепленную в блок крепления спекл-фотографий, который расположен в предметной плоскости Фурье-объектива. Фурье-объектив осуществляет преобразование Фурье светового поля за спекл-фотографией, в результате чего в фокальной плоскости Фурье-обьектива формируются интерференционные полосы Юнга (фринги) на заспеклованном фоне, ориентация которых линейно связана с направлением деформации , а расстояние между ними - с величиной смещения. После этого блок поворота изображения вращает изображение, а цилиндрическая линза, расположенная в плоскости изображений Фурье-объектива, осуществляет преобразование Радона над изображением фрингов на заспеклованном фоне, интегрируя это изображение в направлении , перпендикулярном главной оптической оси устройства. Полученный в результате интегрирования одномерный оптический сигнал считывается и преобразуется в электрический сигнал при помощи линейки фотоприемников, расположенных параллельно образующей цилиндрической линзы в ее фокальной плоскости. Далее сигнал с выхода линейки фотоприемников поступает на вход блока определения периода электрического сигнала и в момент времени , когда амплитуда этого сигнала будет максимальна, определяется период сигнала , что дает информацию о расстоянии между фрингами, а с выхода блока поворота изображения сигнал поступает на вход блока определения угла поворота изображения , что дает информацию об угле наклона фрингов. Сигналы с выходов блоков определения угла поворота и периода электрического сигнала поступают на входы устройства индикации, в котором они визуализируются . 1 ил. СО VI XJ 00 ел го

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)л G 01 В 9/021

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

IlO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Е

,)

СО

Q1

Ю (21) 4889179/28 (22) 10.12.90 (46) 30.11.92. Бюл, М 44 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт оптико-физических измерений (72)-Г.О. Асланян и Г.Г, Левин (56) 1. Франсон M. Оптика спеклов. М.: Мир, 1980.

2. D.J.Chen and F.P, Chiang "Digital

Processing of Young s Fringes in Speckle

Photography". Proc. Soc, Photo — Opt.

lnstrum. Еng, 954, 310-320, 1988.

3. Хоровиц Р, и Хилл У. Искусство схемотехники. M. Мир, 1984. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАБОТКИ

СПЕ КЛ вЂ” ФОТОГРАФИЙ (57) Изобретение относится к области обработки спекл-фотографий и может найти применение при исследовании смещений и деформаций диффузных обьектов методом фоторегистрации спекл-структуры, Цель— повышение производительности и точности обработки. Луч лазера, проходя через диафрагму, просвечивает спекл-фотографию, закрепленную в блок крепления спекп-фотографий, который расположен в предметной плоскости Фурье-обьектива.

Фурье-объектив осуществляет преобразование Фурье светового поля за спекл-фотографией, в результате чего в фокальной плоскости Фурье-обьектива формируются интерференционные полосы Юнга (фринги) Изобретение относится к обработке спекл-фотографий и может найти применеwe при исследовании смещений и деформаций диффузных объектов методом фоторегистрации спекл-структуры.... «Ы„„177851 2А 1 на заспеклованном фоне, ориентация которых линейно связана с направлением деформации, а расстояние между ними — с величиной смещения. После этого блок поворота изображения вращает изображение, а цилиндрическая линза, расположенная в плоскости изображений Фурье-обьектива, осуществляет преобразование Радона над изображением фрингов на заспеклованном фоне, интегрируя это изображение в направлении, перпендикулярном главной оптической оси устройства. Полученный в результате интегрирования одномерный оптический сигнал считывается и преобразуется в электрический сигнал при помощи линейки фотоприемников, расположенных параллельно образующей цилиндрической линзы в ее фокапьной плоскости. Далее сигнал с выхода линейки фотоприемников поступает на вход блока определения периода электрического сигнала и в момент времени, когда амплитуда этого сигнала будет максимальна, определяется период сигнала. что дает информацию о расстоянии между фрингами, а с выхода блока поворота изображения сигнал поступает на вход блока определения угла поворота изображения, что дает информацию об угле наклона фрингов. Сигналы с выходов «лаков определения угла поворота и периода электрического сигнала поступают на входы устройства индикации, в котором они визуализируются. 1 ил.

Известны способы обработки спекл-фотографий, заключающиеся в том, что оператор вручную производит определение среднего расстояния между полосами и угла наклона полос накладыванием фотографии

1778512

30

55 полос на масштабную палетку, и так как угол наклона полос линейно связан с направлением деформации, а расстояние между полосами — с величиной смещения, то. следовательно, имеется вся необходимая информация для определения деформации и смещения диффузных объектов.

Известный способ может быть реализован с помощью масштабной палетки (или линейки) и транспортира. Недостатком такого устройства является ручной труд оператора и, как следствие, низкая скорость и большая погрешность обработки спекл-фотографий.

Наиболее близким к изобретению, принятым за прототип, является устройство для обработки спекл-фотографий, содержащее лазер и расположенные последовательно по ходу излучения диафрагму, блок крепления спекл-фотографий и объектив, установленный так, что его фокальная плоскость расположена в плоскости размещения спекл-фотографий в блоке крепления, а также.систему анализа изображений, которая выполнена в виде двумерного преобразователя оптического сигнала в электрический (видикон; ПЗС-матрица и т.п.) и ЭВМ. Двумерную оптическую информацию считывают, а затем преобразуют в электрическую двумерным преобразователем типа светэлектричество и вводят в ЭВМ, где производят обработку этой информации сложными алгоритмическими способами с определением угла наклона полос и расстояния между ними.

Существенным недостатком такого устройства является то, что несмотря на большое быстродействие современных компьютеров процедура обработки изображения полос (определение угла наклона и расстояния между ними) занимает много времени.

Другим, не менее существенным недостатком является то, что, так как обрабатываемое изображение полос является сильно зашумленным (из-за спекловой структуры) даже при помощи сложных современных алгоритмов, не всегда удается достаточно точно определить расстояние между полосами и угол их накл,она.

Целью изобретения является повышение производительности и точности обра. ботки спекл-фотографий.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для обработки спекл-фотографий, содержащее лазер и расположенные последовательно по ходу излучения диафрагму, блок крепления спвкл-фотографий и объектив, установленный так, что его фокальная плоскость расположена в плоскости размещения спекл-фотографий в блоке крепления, и систему анализа изображений, снабжено последовательно установленными по ходу излучения эа объективом блоком поворота изображений, цилиндрической линзой, размещенной в плоскости изображений объектива, и линейкой фотоприемников, расположенных в фокальной плоскости цилиндрической линзы, ориентированной параллельно ее образующей, а система анализа изображения выполнена в виде блока определения периода электрического сигнала, вход которого электрически связан с выходом линейки фотоприемников, блока определения угла поворота, вход которого электрически связан с выходом блока поворота изображений, и узла индикации, входы которого электрически связаны с выходами блоков определения периода электрического сигнала и определения угла поворота.

На чертеже представлена блок-схема предлагаемого устройства, где 1 — лазер, 2 — диафрагма, 3 — блок крепления епекл-фотографий, 4 — объектив, 5 — блок поворота изображения, б — цилиндрическая линза, 7 — линейка фотоприемников, 8 — блок определения угла поворота. 9 — блок определения периода электрического сигнала, 10— узел индикации, Устройство содержит лазер 1 типа ЛГ3S, объектив 4 типа "ЮПИТЕР". В качестве блока вращения изображения 5 может использоваться призма Дове либо ее зеркальный аналог. В заявляемом устройстве применен зеркальный аналог призмы Дове, закрепленный в механическую систему вращения; снабженную датчиками угла поворота, В качестве линейки фотоприемников 7 использована ПЗС-линейка "Координата".

В качестве блока определения угла поворота 8 использовано стандартное электронное устройство, выполненное в виде цифрового счетчика, считывающего информацию из блока вращения изображения 5 в. момент появления разрешающего сигнала, вйраба- тываемого при максимальной амплитуде электрического сигнала. снимаемого с ПЗСлинейки 7. В блоке 9 определения периода электрического сигнала в качестве устройства, определяющего максимальную амплитуду электрического сигнала, снимаемого с

ПЗС-линейки, может использоваться набор. пороговых устройств, работающих во всем динамическом диапазоне изменения амплитуды электрического сигнала. В заявляемом устройстве для этого использован цифровой вольтметр, работающий в режиме определения максимума сигнала. Период электрического сигнала определялся при

1778512 помощи частотомера. В качестве узла индикации 10 использованы известные светодиодные индикаторы с соответствующими дешифраторами, Работа устройства заключается в следующем, Тонким лазерным лучом, исходящим из лазера 1 и проходящим через диафрагму 2, просвечивают спекл-фотографию, закрепленную в блоке крепления спекл-фотографий 3, затем при помощи объектива 4 осуществляют преобразование Фурье светового поля за спекл-фотографией, в результате чего в фокальной плоскости объектива формируются прямолинейные интерференционные полосы на заспеклованном фоне, ориентация которых линейно связана с направлением деформации, в расстояние между ними — с величиной смещения деформированного объекта. После этого при помощи блока. поворота изображений 5 иэображение вращается, затем при помощи цилиндрической линзы 6 осуществляется преобразование Радона изображения полос на заспеклованном фоне интегрированием изображения вдоль образующей цилиндрической линзы (т.е, в направлении, перпендикулярном оптической оси устройства), далее полученный в результате интегрирования одномерный оптический сигнал считывается и преобразуется в электрический сигнал при помощи линейки фотоприемников 7, расположенных параллельно образующей цилиндрической линзы. По моменту времени, когда амплитуда электрического сигнала, считываемая с линейки фотоприемников 7, достигает своего максимума, судят о направлении деформации объекта и о величине его смещения. Максимум амплитуды электрического сигнала будет достигнут в момент времени, когда угол, на который блок поворота изображений 5 повернет изображение полос, будет таким, что направление полос будет.перпендикулярно направлению, вдоль которого происходит интегрирование изображения цилиндрической линзой 6. В этот момент времени блок определения угла поворота

8 считывает из блока поворота изображения 5 на какой угол было повернуто.изображение, а блок определения периода электрического сигнала 9.дает информацию о периоде электрического сигнала (r,е, расстоянии между полосами).

Итак, в описанном устройстве обработка спекл-фотографий производится по мере поступления информации об изображении полос, т.е. в реальном масштабе времени, и не зависит от степени зашумленности изображения полос, Время обработки спеклфотографий прототипом, описанным в (2), зависит от степени зашумленности изображения полос, его контраста, мощности применяемого компьютера и, как правило, имеет порядок минут. Точность определения угла наклона полос зависит от отноше5

10 ния длины полосы, определяемой апертурой оптической системы к ее ширине, и в заявляемом устройстве была не хуже, чем 1, при этом она также не зависит от степени зашумленности изображения полос, в то время как у прототипа этот параметр сильно зависит от шумового фона и составляет несколько градусов.

20 ориентированной параллельно ее образующей, а система анализа изображения выполнена в виде блока определения периода электрического сигнала, вход которого электрически связан с выходом линейки фотоприемников, блока определения уг.ia поворота, вход которого электрически связан с выходом блока поворота изображений, и узла индикации, входы которого электрически связаны с выходами блоков

50 определения периода электрического сигнала и определения угла поворота.

Формула изобретения

Устройство для обработки спекл-фотографий, содержащее лазер, расположенные последовательно по ходу излучения диафрагму, блок крепления спекл-фотографий и объектив, установленный так, что его фокальная плоскость расположена в плоскости размещения спекл-фотографий в блоке крепления, и систему анализа изображений, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения производительности и точности

З5 обработки, оно снабжено последовательно установленными по ходу излучения за объективом блоком поворота изображений, цилиндрической линзой, размещенной в плоскости изображения объектива, и линейкой фотоприемников, расположенных в фокальной плоскости цилиндрической линзы, 1778512

Составитель Г.Левин

Техред M.Ìîðãåíòàë

Редактор А.Бер

Корректор П,Гереши

Производственно-издательский комбинат "Патент", r, Ужгород, ул.Гагарина, Заказ 4182 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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