Фотоэлектрический способ преобразования информации

 

Изобретение относится к технике преобразования оптического сигнала в электрический с модуляцией потока пространственным модулятором типа растра. Целью изобретения является повышение информативности преобразованного сигнала при одновременной модуляции сигнала по двум координатам за счет совмещения кодово-импульсной модуляции и модуляции формы сигнала. Цель изобретения достигается формированием.двухмерно пространИзобретение относится к технике преобразования оптической информации в электрическую свет-сигнал с модуляцией светового потока пространственным модулятором типа растра, с учетом физики процесса преобразования совокупности несущего физического воздействия излучения оптического диапазона и передаваемой им информации в электрический сигнал. Целью изобретения является повышение информативности преобразованного сигнала путем одновременной модуляции сигнала по двум координатам за счет совмественноупорядоченной структуры ориентации светового потока источника излучения в его сечении по заданному закону относительно плоскости начального отсчета, модуляцией упорядоченного пучка путем вращения задающего единичные меры отсчета по первой координате измерительного растра относительно неподвижного индикаторного элемента и преобразованием модулированного оптического сигнала с соответствием суммы текущих единичных приращений меры первой координаты положения измерительного растра и связанного с ним управляемого или контролируемого объекта и взаимно-однозначным соответствием и модуляцией формы сигнала вектору направления перемещения растра и положению объекта по второй координате. Упорядочение структуры и ориентация пучка производится путем ограничения светового потока в зоне фотодетектирования или одновременно в зоне модуляции и в зоне фотодетектирования путем ограничения диафрагмости с различной формы.. 6 ил. щения кодово-импульсной модуляции и модуляции формы сигнала. Указанная цель в способе преобразования информации, основанном на модуляции светового потока путем вращения задающих единичные меры отсчета координат закрепленного на объекте или механически соединенного с ним измерительного растра относительно неподвижного индикаторного элемента и преобразовании.модулированного оптического сигнала в электрический с соответствием суммы единичных приращений пространственной меры и числа периоЁ со о 00 ел VI

СОКОВ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (s»s 6 01 Я 3/78

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАГЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4892371/22 (22) 17.12.90 (46) 23.04.93. Бюл. ¹ 15 (71) Ленинградское научно-производственное объединение "Красная Заря" (72) В.А.Павлов (56) Л.Ф,Порфильев. Теория оптико-электронных приборов и систем. Л.: Машиностроение, 1980, с. 125, Фотоэлектрические преобразователи информации. M. Машиностроение, 1974, с, 148 — 151. (54) ФОТОЭЛ Е КТРИЧ ЕСКИЙ СПОСОБ

ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ИНФОРМАЦИИ (57) Изобретение относится к технике преобразования оптического сигнала в электрический с модуляцией потока пространственным модулятором типа растра.

Целью изобретения является повышение информативности преобразованного сигнала при одновременной модуляции сигнала по двум координатам за счет совмещения кодово-импульсной модуляции и модуляции формы сигнала. Цель изобретения достигается формированием. двухмерно пространИзобретение относится к технике преобразования оптической информации в электрическую "свет-сигнал" с модуляцией светового потока пространственным модулятором типа растра, с учетом физики процесса преобразования совокупности несущего физического воздействия излучения оптического диапазона и передаваемой им информации в электрический сигнал.

Целью изобретения является повышение информативности преобразованного сигнала путем одновременной модуляции сигнала по двум координатам за счет совме„„ „„1810857 А1 ственно упорядоченной структуры ориентации светового потока источника излучения в его сечении по заданному закону относительно плоскости начального отсчета, модуляцией упорядоченного пучка путем вращения задающего единичные меры отсчета по первой координате измерительного растра относительно неподвижного индикаторного элемента и преобразованием модулированного оптического сигнала с соответствием суммы текущих единичных приращений меры первой координаты положения измерительного растра и связанного с ним управляемого или контролируемогб объекта и взаимно-однозначным соответствием и модуляцией формы сигнала вектору направления перемещения растра и положению объекта по второй координате. Упорядочение структуры и ориентация пучка производится путем ограничения светового потока в зоне фотодетектирования или одновременно в зоне модуляции и в зоне фотодетектирования путем ограничения диафрагмости с различной формы. 6 ил. щения кодово-импульсной модуляции и модуляции формы сигнала.

Указанная цель в способе преобразования информации, основанном на модуляции светового потока путем вращения задающих единичные меры отсчета координат закрепленного на объекте или механически соединенного с ним измерительного растра относительно неподвижного индикаторного элемента и преобразовании модулированного оптического сигнала в электрический с соответствием суммы единичных приращений пространственной меры и числа перио1810857

30

50 дов сигнала координате положения измерительного растра и связанного с ним управляемого или контролируемого объекта относительно неподви>кного индикаторного элемента и внешнего пространства, достигается тем, что формируют двумерно пространственно упорядоченную структуру ориентации светового потока в его сечении по заданному закону относительно плоскости начального отсчета, и пространственно упорядоченный в сечении оптический сигнал преобразуют в электрический с взаимно-однозначным соответствием и модуляцией формы сигнала по направлению перемещения растра относительно плоскости начального отсчета. Заданные особенности двумерного пространственного упорядочения структуры пучка света (например, задание асимметрии или энтисимметрии его ограничения или распределения относительно одной или нескольких базисных плоскостей) переходят вначале на оптический сигнал, заем при фотодетектировании на электрический сигнал. При этом происходит процесс модуляции формы сигнала в соответствии с направлением модуляции (перемещения растра) и заданным законом упорядочения структуры пучка. Например, при упорядочении структуры с заданием ее симметрии в радиальном направлении относительно плоскости начального отсчета и асимметрии относительно реперной плоскости Ьбразованной поворотом плоскости начального отсчета вокруг оси пучка на заданный угол, обеспечивается следующий вид модуляции формы игнала; при набеге периодической модулирующей структуры растра в направлении уменьшения потока формируется сигнал с левосторонней асимметрией формы, при набеге в обратном направлении увеличения потока — с правосторонней асимметрией формы, при набеге в направлении по нормали к плоскости начального отсчета — симметричной формы, набег по множеству других направлений модулирует форму сигнала с взаимно-однозначным соответствием степени асимметрии формы сигнала введенному закону распределения структуры потока.

Возможны и другие варианты упорядочения структуры потока, обеспечивающие, например, постепенный переход простой или сложной формы к ее антиподу с антисимметрией первоначальной форме сигнала.

Таким образом предлагаемый способ преобразования информации обеспечивает введение в сигнал-переносчик информационных признаков, позволяющих распознавать как качественно отличные направления перемещения растра, например, противоположные (например, знак асимметрии формы сигнала), так и информационные параметры (например, степень асимметрии формы сигнала), обеспечивающие возможность измерения положения фазы вектора и количественной оценки относительно малых градиентов направлений. Это обеспечивает расширение функциональной информативности преобразования "светсигнал" и областей применения. Практическая реализация упорядочения структуры пучка выполняется, например, путем ограничения светового потока в зоне модуляции, в зоне фотодетектирования или одновременно в этих зонах модуляции, в зоне фотодетектирования или одновременно в этих зонах диафрагмой с асимметрией формы диаграммой с радиально-переменной прозрачностью, или путем двухмерного распределения плотности энергии излучения нелинейным. оптическим элементом, например граданом. со специальной геометрией обрезки и обработки.

Предлагаемый способ преобразования информации отличается от известного введением операции упорядочения двухмерной пространственной структуры пучка света в сечении и особым режимом выполнения преобразования, то есть при наличии переупорядоченной не имеющего выраженной направленности источника излучения структуры потока в определенных зонах восприятия. Введение именно данной совокупности операции и режима преобразования обеспечивает введение в электрический сигнал дополнительных новых признаков и параметров, расширяющих информативность преобразоеэния и обеспечивающих решение целого класса задач, не решаемых при использовании "свет-сигнал" преобразования с традиционными подходами.

На фиг,1 представлена схема взаимного расположения элементов, реализующих преобразование оптического сигнала в электрический, где обозначено: 1 — источник света; 2 — неподвижный элементупорядочения структуры пучка света; 3 — подвижный измерительный растр с двумя степенями, свободы; 4 — фотоприемник с площадью рабочей поверхности, обеспечивающей фотодетектирование всего потока, проходящего через сопряжение неподвижного и подвижного элементов; на фиг,2 — 5 — примеры выполнения элементов упорядочения структуры пучка света: на фиг.2 — диафрагма треугольной формы; при равномерном распределении плотности энергии пучка (ограничение потока такой формой в сечении имеет следующие особенности пространственной ориентации: относительно оси. про1810857 ходящей через геометрический центр пуч- кругового цилиндра, Проходя через диафка, множество дискретных поворотов пло- рагму элемента 2, световой поток ограничиских групп движений выделяет с вается и переупорядочивает в сечении кратностью 2 zt множество направлений с пространственную структуру распределе3 5 ния плотности энергии излучения с сохраневзаимно-однозначным соответствием асим- нием симметрии относительно плоскости метрии формы сигнала направлению пере- А-А и линейным уменьшением и асимметмещения растра); на фиг,3 — диафрагма, рией относительно нормальной плоскости состоящая из прозрачных и непрозрачных Б-Б. Далее вторичный пространственно-песекторов с центральным угломер/2, сдвину- 10 реупорядоченный пучок проходит через тых вокруг проходящей через центр оси пуч- растровое сопряжение элемента 2 с модулика на л/2 при равномерном распределении рующим растром 3 и засвечивает рабочую плотности энергии пучка (при такой более поверхность фотоприемника 4, который сложной структуре ограничения и упоря- . преобразует вторичный оптический сигнал дочения потока изменение направления 15 в электрический, Вследствие введения амодуляции в пределах угла раскрыва сооТ симметрии структуры пучка света, при враветствует плавному переходу формы оТ пло- щении растра 3 происходит двухмерная сковершинного к островершинному модуляция сигнала по признакам и парасигналу; на фиг.4 — диафрагма в виде круга метрам, качественно и количественно хас радиально-переменной прозрачностью; 20 рактеризующим координаты положения и на фиг,5 — нелинейный элемент, (градан спе- направления сложного двухстепенного двициальной геометрии обрезки и обработки), жения растра 3, При этом качественным инкоторый позволяет упорядочить структуру формативным признаком данного вида пучка путем перераспределения плотности модуляции формы сигнала является знак энергии излучения источника. Использо- 25 асимметрии формы, а количественным павание такого элемента более предпочти- раметром — степень асимметрии формы сигтельно, так как позволяет произвести нала. Таким образом введение операции упорядочение пучка с минимальным ослаб- упорядочения светового потока повышает лением энергии входного оптического сиг- информативность данного вида преобразонала по сравнению с методом ограничения 30 вания "свет-сигнал" так как в сигнал вносятпотока; на фиг,б — функция f(x,ó) и соответ- ся дополнительные важные признаки и ствующей этой функции образ P в простран- параметры, позволяющие расширить областве Радока R, à, <р. Применение одно-, двух- сти применения способа для контролируеитрехмерныхизмерений,требующихвыде- мых или управляемых объектов со ления только качественно отличающихся 35 сложными видами движения. направлений, возможно при очень малых Что касается размеров окна диафрагмы, мерах измерительного растра. Для решения то его задают равным шагу растра, который задачи измерительного преобразования с выбирают, исходя из необходимого соотноцелю введения и выделения количествен- шения точности измерительного преобраных параметров мало различных направ- 40 зования по первой и второй координате. лений меру измерительного растра При уменьшении размера окна диафрагмы увеличивают и выбирают по компромиссу и, соответственно шага растра уменьшается между требуемой точностью преобразова- мера унитарного отсчета положения объекния по первой и второй координате. та по первой координате, то есть повышаетСпособ осуществляется следующим об- 45 ся точность преобразования информации разом (см, фиг.1). Первичный пучок источни- по первой координате, Однако, одноврека 1 света имеет в сечении структуру с менноприэтомснижается качествомодулякруговойсимметрией, Источник1и элемент ции формы сигнала, то есть, понижается

2 установлены на неподвижной части изме- точность измерительного преобразования. рительного устройства. Через диафрагму 2 50 по второй координате. Таким образом при с радиально-переменной прозрачностью и одинаковом уровне требования к точности сопряжений с диафрагмой элемента 2 по- преобразованияпопервойивторойкоордидвижный растр 3 с двумя степенями свобо- нате размер окна выбирают по компромисды источник 1 засвечивает рабочую су, при требовании более высокой точности поверхность фотоприемника 4. Функцию 55 по первой координате размер окна и шаг прозрачности диафрагмы 2 задают путем растрауменьшают, впротивоположномслурешения обратной задачи из условия обес- чае — увеличивают, чем повышают качество печения требуемого закона модуляции фор- модуляции формы сигнала и введения инмы сигнала, например. в виде усеченного формационных признаков (знак асиммет1810857 рии формы) и параметров(степень асимметрии) по второй координате, Закон для всех вариантов упорядочения и ограничения потока излучения определяется прямым решением интегральногоуравнения Радона

R(a, p)- f f f(x,у)д (хсоз p+ () + ysin p- a)dxdy, где х, у — две независимые переменные по оси хи у; (х, у) — функция упорядочения потока в области площади окна диафрагмы;

S — область интегрирования, равная площади окна диафрагмы, д — дельта функция Дирака; а — параметр, характеризующий расстояние от начала координат до прямой

xcos p+ ysln p- а;

rp — угол между осью х и направлением модуляции потока (направление интегрирования);

R(a, у) — преобразование Радона.

Используя известные свойства двойно-. го интеграла, и принимая конкретный рельеф функции a = f(x, y) упорядочения и ограничения потока в виде усеченного единичного прямого кругового цилиндра, то есть

0512(1-у) при х +у 1 т(х,у) =

0 прих +у >1 преобразование R(a, p) можно выразить как

+3 + 1 — х

R(a, p) = f dx J 0,512(1 -yxxcos р+ — t — х

+ ysinpjdy.

Учитывая известное соотношение

m in@ (xcos (p+ ysin p) = $ апп е

n= — m где amn — функция, зависящая только от х, у следует, что проекция R(a. у) в зоне симметрии имеет форму параболы 0,516(1 - у) . на г которую в зонах асимметрии пучка по координате р накладывается закручивание по закону cos p или з!и у (зависит от выбора начального отсчета). При этом формируется сигнал с правосторонней или левосторон5 ней асимметрией формы. Выделение данного параметра (пространственная демодуляция) производится, например, путем перемножения информативного сигнала с опорным "меандром" и выделения из

10 полученного мультипликативного сигнала постоянной составляющей посредством пространственного интегрирования (no пути).

Данный способ обеспечивает двумер15 ное преобразование "свет-сигнал" путем двухкоординатной модуляции сигналов и одновременного введения в информативный сигнал признаков и параметров по двум координатам зэ счет совмещения кодово20 импульсной модуляции и модуляции формы сигнала.

Формула изобретения.

Фотоэлектрический способ преобразования информации, включающий опера25 цию модуляции светового потока путем вращения задающих единичные меры отсчета координат измерительного растра относительно неподвижного индикаторного элемента и внешнего пространства и преоб30 разования модулированного оптического сигнала в электрический при соответствии суммы текущих единичных приращений пространственной меры и числа периодов сигналов координате измерительного рас35 тра, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения информативности преобразованного сигнала путем одновременной модуляции сигнала по двум координатам за счет совмещения кодово-импульсной мо40 дуляции и модуляции формы сигнала, формируют двумерно пространственно упорядоченную структуру ориентации светового потока относительно заданного пространственного начального отсчета, 45 преобразуют упорядоченный в сечении вторичный оптический сигнал в электрический с взаимно однозначным соответствием и модуляцией формы сигнала по направлению перемещения растра относительно

50 плоскости начального отсчета..

1810857

4аГЗ

Составитель Д.макаренко

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор Е.Папп

Редактор Т.Иванова

Заказ 1444 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101