Устройство воспроизведения изображений интерферограмм

 

Использование: в телевизионной технике, а именно, в системах наблюдения и анализа интерферограмм, в которых в качестве датчиков видеосигнала применены матрицы приборов с зарядовой связью. Сущность изобретения: для повышения точности воспроизведения изображения интерферограмм в условиях случайных колебаний контролируемого объекта в устройство для воспроизводства изображения интерферограмм, содержащее оптически связанные затвор (или импульсный источник света) и матрицу с зарядной связью (матрицу ПЗС), состоящую из связанных зарядной связью первой секции накопления и выходного регистра, блок управления, предварительный усилитель и видеоконтрольный блок, введены затвором (или импульсным источником света) и матрицей ПЗС последовательно расположенные и оптически связанные светоделитель и светорегулирующая ячейка, а в матрицу ПЗС введена вторая секция накопления, связанная зарядовой связью с первой секцией накопления и выходным регистром. Новым в устройстве является возможность осуществления рекурсивной фильтрации в матрице ПЗС с зарядовыми компонентами текущего и задержанного ка кадр сигналов изображения без дополнительных преобразований задержанного сигнала. Благодаря этому повышается достоверность контроля интерферограмм, сокращается время его выполнения. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к телевизионной технике и преимущественно может быть использовано в системах наблюдения и анализа интерферограмм, в которых в качестве датчиков видеосигнала применены матрицы приборов с зарядовой связью.

Известно устройство для воспроизведения изображения интерферограмм, содержащее оптический блок, в котором устанавливается фотопленка с изображением интерферограммы, телевизионную камеру на видиконе и видеоконтрольный блок для визуального просмотра интерференционной картины. Недостатками устройства являются: во-первых, существенные искажения формируемого сигнала изображения, связанные с систематическими координатными погрешностями фотоэлектрического преобразования в видиконе, а, во-вторых, невысокая производительность всей процедуры контроля оптических изделий из-за промежуточной фиксации интерференционной картины на фотопленке и обусловленных этим дополнительных фотографических работах.

Известно другое устройство для воспроизведения изображения интерферограмм, содержащее оптический блок, формирующий изображение интерферограммы с фотопленки на плоскость фотоприемника телевизионной камеры на матрице приборов с зарядовой связью, пульт управления, где производится измерение временного положения положительных и отрицательных перепадов сигнала интерферограммы и видеоконтрольный блок. Недостатком устройства является сохранение невысокой производительности контроля вследствие необходимости в фотопленке, как промежуточном носителе изображения интерферограммы.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению следует считать устройство для воспроизведения изображения интерферограмм, содержащее оптически связанные затвор (или импульсный источник света) и матрицу приборов с зарядовой связью (матрицу ПЗС), состоящую из связанных зарядовой связью секции накопления, входного и выходного регистров, блок управления, предварительный усилитель, делитель напряжения, повторитель и видеоконтрольный блок, при этом первый выход блока управления соединен с управляющим входом секции накопления матрицы ПЗС, второй вход - с управляющим входом выходного регистра матрицы ПЗС, третий выход - с входом затвора (или импульсного источника света), а четвертый и пятый - с первым и вторым входами видеоконтрольного блока соответственно, причем выход выходного регистра матрицы ПЗС через предварительный усилитель подключен к третьему входу видеоконтрольного блока. В прототипе осуществляется контроль интерферограмм оптических объектов непосредственно, т. е. без изготовления промежуточного пленочного носителя изображения, но в условиях случайных колебаний объектов, вызываемых, например, вибрациями. Однако, вводимый для осуществления рекурсивный фильтрации в матрицу ПЗС обработанный и задержанный на кадр сигнал изображения каждого элемента накопителя искажается и зашумляется, так как подвергается двойному преобразованию: сначала "заряд-напряжение" на выходе регистра, а затем "напряжение-заряд" на выходе входного регистра матрицы ПЗС.

На фиг. 1 изображена структурная схема устройства для воспроизведения изображения интерферограмм; на фиг. 2 - структурная схема блока управления 5; на фиг. 3 - оптическая схема светоделителя 8; на фиг. 4 - временная диаграмма, поясняющая работу устройства; на фиг. 5 - поперечное сечение светорегулирующей ячейки 9, выполненной на основе электрохромного прибора (а) и зависимость коэффициента светопропускания ячейки от напряжения (б).

Устройство для воспроизведения изображения интерферограмм (фиг. 1) содержит оптически связанные затвор (или импульсный источник света), 6, светоделитель 8, светорегулирующую ячейку 9 и матрицу ПЗС 1, состоящую из связанных зарядовой связью первой секции накопления 10 и выходного регистра 3, предварительный усилитель 4, блок 5 управления, первый выход которого соединен с управляющими входами первой 2 и второй 10 секций накопления, второй выход - с управляющим входом выходного регистра 3, третий выход - с входом затвора (или импульсного источника света) 6, четвертый и пятый выходы - с первым и вторым входами видеоконтрольного блока 7 соответственно, выход выходного регистра 3 через предварительный усилитель 4 подключен к третьему входу видеоконтрольного блока 7, светоделитель 8 оптически связан с первой секцией 2 накопления непосредственно, а со второй секцией 10 накопления - через светорегулирующую ячейку 9.

Светоделитель 8 (фиг. 3) содержит оптически связанные полупрозрачное зеркало 18 и отражающее зеркало 19. Светоделитель 8 может быть изготовлен в виде призменного блока что позволит придать конструкции жесткость, упростить юстировку оптической схемы, снизить потери света, вызываемые отражениями от границы "воздух-стекло".

Светорегулирующая ячейка 9 может быть выполнена на основе электрохромного прибора. При этой технологической организации ячейка (фиг. 5, а), представляет собой два плоскопараллельных стекла толщиной 2,5 мм, соединенные между собой в кювету так, что между внутренними поверхностями стекол образован зазор порядка 0,1-0,2 мм, заполненный электрохромным материалом ЭХМ-11. Внутренние поверхности стекол покрыты токопроводящим покрытием и образуют электроды, выводы которых расположены снаружи ячейки. Световая характеристика ячейки (фиг. 5, б) определяется свойствами электрохромной жидкости. Изменение коэффициента пропускания от τ_max (70%) до τ_min (1-1,5%) составляет для большинства ячеек величину К= τ_max/ /τ_min=70-150 при подаче на выводы напряжения постоянного тока, регулируемого в пределах U=0-1,2 В. Отметим, что регулировка по входу "U" устройства для воспроизведения изображения интерферограмм может быть выполнена как в ручном режиме (при помощи потенциометра на выходе источника стабилизированного напряжения), так и в автоматическом режиме (от управляющего сигнала, поступающего извне).

Конструктивно-технологическая организация матрицы IПЗС (см. выше, а также известных выполнена по принципу "кадровый перенос" с двумя разнесенными секциями 2 и 10 и одним выходным регистром 3.

Оптический затвор (или импульсный источник света) 6, предварительный усилитель 4, блок 5 управления и видеоконтрольный блок 7 не отличается по схемотехническому исполнению от аналогичных блоков прототипа. Блок 5 управления (фиг. 2) содержит синхрогенератор 13, делитель 12 частоты, одновибратор 17, последовательно соединенные формирователь 14 фазных напряжений секций и первый преобразователь 15 уровней напряжений, а также последовательно соединенные формирователь 11 фазных напряжений регистров и второй преобразователь 16 уровней напряжений, второй выход формирователя 11 фазных напряжений регистров через делитель 12 частоты соединен с входом синхрогенератора 13, первый выход которого подключен к входу формирователя 11 фазных напряжений регистров и к первому входу формирователя 14 фазных напряжений секций, второй вход которого соединен с входом одновибратора 17 и с вторым выходом синхрогенератора 13, третий выход которого подключен к третьему входу формирователя 14 фазных напряжений секций, выходы первого 15 и второго 16 преобразователей уровней напряжений являются соответственно первым и вторым выходами блока управления, а второй и третий выходы синхрогенератора 13 являются четвертым и пятым выходами блока управления соответственно.

Устройство для воспроизведения изображения интерферограмм работает следующим образом. Интерференционная картина контролируемого объекта в режиме импульсного экспонирования, который обеспечивается блоком 6, проецируцется через светоделитель 8 и светорегулирующую ячейку 9 одновременно на фотоприемник секции 2 и 10 матрицы 1 ПЗС. Длительность экспозиции определяется временем, на которое открывается затвор или включается импульсный источник света 6 под действием управляющего импульса (фиг. 4, б), поступающего от блока 5 управления. Экспозиция занимает временной промежуток внутри интервала t_о.х.к, который определяет длительность обратного хода кадровой развертки, а производится с периодом Т_к (фиг. 4, а). Интенсивность облучения секции 10 по отношению к облученности секции 2 установлена при помощи управления коэффициентом пропускания τ=f(U) светорегулирующей ячейки 9 таким образом, что величина зарядового сигнала в текущем кадре (n) для каждого элемента изображения в секции 10 (Y_n) и аналогичная характеристика в секции 2 (X_n) связаны уравнением: Y_n=X_n ˙K, (1) где К - коэффициент, выбираемый из неравенства О<К<1.

пр.х.к) под действием фазных последовательностей, формируемых преобразователями уровней (фиг. 4, в и 4, г), производится построчный (с периодом Т_с) и поэлементный (с периодом Т_э) сдвиг накопленного зарядового рельефа из секции 2 к выходу выходного регистра 3, а также одновременное заполнение секции 2 зарядовым рельефом из секции 10. В результате к моменту окончания кадра зарядовый сигнал Y_n оказывается переписанным в секцию 2, причем величина зарядового пакета каждого элемента рельефа в К раз отличается от величины зарядового пакета соответствующего элемента, имевшегося в секции 2 до перезаписи.

В последующем (n+1) кадре производится новый цикл экспозиции для секций 2 и 10, при этом в секции 2 осуществляется суммирование нового сигнала (X_n+1) и задержанного (Y_n). Таким образом, для каждого элемента изображения секции 2 накопления матрицы 1 ПЗС выполняется рекурсивная фильтрация, описываемая уравнением Z_n+1=X_n+1+Y_n=X_n+1+K˙ X_n (2) где Z_n+1 - выходная величина зарядового сигнала в (n+1) кадре.

В течение активной части (n+1) кадра зарядовый сигнал Z_n+1 считывается и известным способом через предварительный усилитель 4 воспроизводится на экране видеоконтрольного блока 7. Далее процесс периодически с кадровой частотой повторяется.

В результате рекурсивной фильтрации происходит, как и в прототипе, усреднение случайных колебаний оптического изображения объекта, вызванных, например, вибрациями. Снижение уровня флюктуаций выходной величины зарядового сигнала оценивается в Отметим, что рекурсивная фильтрация по уравнению (2) происходит в матрице ПЗС с зарядовыми компонентами текущего и задержанного на кадр сигналов изображения без дополнительных преобразований задержанного сигнала.

В прототипе задержанный сигнал Y_n подвергается преобразованиям "заряд - напряжение - заряд" и поэтому претерпевает искажения и зашумляется. Искажения носят характер нелинейных вследствие выбора нижнего участка сквозной амплитудной характеристики входного и выходного устройств матрицы ПЗС. Использование нижнего участка амплитудной характеристики определяется коэффициентом К, выбираемым из условия: O<К<1, а также ограниченным динамическим диапазоном фотоприемника. При таком уровне сигнала Y_n существенным фактором становится его зашумленность, которая складывается из шумов входного и выходного устройств, а также шумовой составляющей канала переноса. Пренебрегать этими потерями, как показывает практика невозможно.

В предлагаемом изобретении эти потери отсутствуют, так как исключен сам процесс дополнительных преобразований для сигнала.

Поэтому точность воспроизведения изображения интерферограмм по отношению к прототипу повышается за счет увеличения отношения сигнал/шум и уменьшения нелинейных искажений выходного сигнала изображения.

Формула изобретения

1. УСТРОЙСТВО ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЙ ИНТЕРФЕРОГРАММ, содержащее затвор или импульсный источник света и матрицу на приборе с зарядовой связью (ПЗС), состоящую из связанных зарядовой связью первой секции накопления и выходного регистра, блок управления, предварительный усилитель и видеоконтрольный блок, при этом первый выход блока управления соединен с управляющим входом первой секции накопления матрицы ПЗС, второй выход - с управляющим входом выходного регистра матрицы ПЗС, третий выход - с входом затвора или импульсного источника света, а четвертый и пятый выходы - с первым и вторым входами видеоконтрольного блока соответственно, выход выходного регистра матрицы ПЗС подключен к входу предварительного усилителя, выход которого подключен к третьему входу видеоконтрольного блока, отличающееся тем, что в него введены оптически связанные светоделитель и светорегулирующая ячейка, входы светоделителя соединены с выходами затвора, а выходы светорегулирующей ячейки - с входами введенной в матрицу ПЗС второй секции накопления, которая связана зарядовой связью с первой секцией накопления и выходным регистром, причем управляющий вход второй секции накопления соединен с первым выходом блока управления, а светоделитель оптически связан с первой секцией накопления матрицы ПЗС непосредственно, а с второй секцией - через светорегулирующую ячейку.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что светоделитель содержит оптически связанные полупрозрачное и отражающее зеркала.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что светорегулирующая ячейка выполнена в виде электрохромного прибора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5