Способ регистрации спектра пространственных частот двумерного изображения объекта

 

Изобретение относится к обработке оптической информации и может быть использовано для решения задач регистрации изображения спектра, получаемого в Фурье-плоскости оптоэлектронного спектроанализатора. Согласно предлагаемому способу считывание выходных сигналов светочувствительных ячеек матричного приемника изображения производят после сброса всех накопленных ячейками зарядов через равные интервалы времени по спирали от центральных светочувствительных ячеек к периферийным, в силу чего светочувствительность ячеек возрастает пропорционально квадрату расстояния от центра изображения, что компенсирует уменьшение яркости от центра к периферии по той же зависимости. 1 ил.

Изобретение относится к обработке оптической информации и может быть использовано для решения задач регистрации изображения спектра, получаемого в Фурье-плоскости оптоэлектронного спектроанализатора.

Известен способ регистрации пространственно-частотного спектра изображения объекта, основанный на освещении изображения объекта коллимированным пучком монохроматического света, модуляции его амплитуды оптической плотностью изображения объекта, Фурье-преобразовании промодулированного пучка света, изменении направления распространения преобразованного пучка для формирования изображения спектра на поверхности вращения второго порядка, ось которой совмещена с направлением оптической оси коллимированного пучка монохроматического света, выделении каждой из радиальных составляющих спектра и последовательной регистрации радиальных составляющих спектра на участках, расположенных вдоль соответствующих образующих поверхности второго порядка (авт. св. СССР N 1665394, кл. G 06 E 3/00. Опубл. 91.07.23. Бюл. N 27).

Недостатками способа являются низкие технологичность и быстродействие, обусловленные необходимостью химической обработки экспонированной фотопленки и невозможностью прямой передачи полученной информации в компьютер.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является способ регистрации изображения спектра, основанный на освещении изображения объекта коллимированным пучком монохроматического света, амплитудной модуляции коллимированного пучка двумерной функцией светопропускания транспаранта, содержащего исследуемое изображение, Фурье-преобразовании промодулированного пучка света, увеличении с помощью микрообъектива распределения интенсивности в спектральной плоскости и перенесении его на плоскость матового стекла, восприятии изображения спектра телекамерой и передаче преобразованных сигналов в ЭВМ (Применение методов Фурье-оптики/ Под ред. Г. Старка; Пер. с англ. под ред. И.Н. Компанца. -М.: Радио и связь, 1988. с.433).

Недостатками способа являются низкий динамический диапазон регистрации изображения спектра, что, в свою очередь, снижает точность измерений и ограничивает диапазон регистрируемых частотных составляющих спектра, отсутствие возможности увеличения светочувствительности за счет увеличения времени экспозиции, восприятие изображения спектра телекамерой, затрудняющее регистрацию высокочастотных составляющих спектра, а также необходимость использования микрообъектива, проецирующего изображение спектра на матовое стекло с реализованным на нем пространственным фильтром. Изображение спектра, получаемое в Фурье-плоскости спектроанализатора, характеризуется весьма большим динамическим диапазоном. Средняя яркость элементов изображения уменьшается пропорционально квадрату расстояния от его центра, в результате соотношение яркостей центральной и периферийной зон может достигать десятков тысяч раз, что превышает возможности стандартных телекамер.

Целью изобретения является расширение динамического диапазона, повышение точности измерений и светочувствительности и упрощение способа регистрации спектра пространственных частот двумерного изображения объекта.

Цель достигается способом регистрации спектра пространственных частот двумерного изображения объекта, заключающемся в освещении изображения объекта коллимированным пучком монохроматического света, амплитудой модуляции коллимированного пучка двумерной функцией светопропускания транспаранта, содержащего исследуемое изображение, Фурье-преобразовании промодулированного пучка света, в котором, в отличие от прототипа, производят адаптивное регулирование времени интеграции фототока для каждой из светочувствительных ячеек приемника изображения в спектральной плоскости. Адаптивное регулирование времени интеграции осуществляют путем единовременного сброса накопленных во всех ячейках матрицы зарядов подачей общего стробирующего импульса и последующего поочередного считывания накапливаемых зарядов через равные промежутки времени в порядке расширяющейся спирали, начиная с центра матрицы. При этом время накопления заряда и, следовательно, светочувствительность ячеек возрастают пропорционально квадрату расстояния от центра изображения, что компенсирует уменьшение его яркости от центра к периферии, также происходящее пропорционально квадрату расстояния от центра изображения спектра.

Упрощение способа достигается за счет отсутствия необходимости установки микрообъектива и матового стекла с фильтром пространственных частот.

На чертеже представлена схема, поясняющая предлагаемый способ. На схеме показаны: 1 - точечный источник когерентного света; 2 - коллимирующий объектив; 3 - транспарант, содержащий исследуемое изображение; 4 - Фурье-объектив; 5 - приемник изображения - фоточувствительная матрица с накоплением и произвольной выборкой; 6 - ЭВМ.

Источник света 1 расположен в фокусе коллимирующего объектива 2, Фурье-объектив 4 расположен на наименьшем возможном расстоянии от коллимирующего объектива 2, их оптические оси совпадают, транспарант 3 расположен между коллимирующим объективом 2 и Фурье-объективом 4, приемник изображения 5 расположен в фокусе Фурье-объектива 4, выходы и управляющие входы приемника изображения 5 через соответствующий интерфейс подключены к системной шине ЭВМ 6.

Способ осуществляется следующим образом.

Плоская световая волна, сформированная объективом 2 из расширяющегося пучка когерентного света, испускаемого источником 1, проходит через транспарант 3 и пространственно модулируется по амплитуде двумерной функцией распределения оптической плотности исследуемого изображения. В фокальной плоскости объектива 4 формируется двумерное изображение спектра пространственных частот исследуемого изображения. Яркость изображения в спектральной плоскости быстро уменьшается от центра к периферии, что связано с увеличением площади, на которую распределяется энергия компонентов спектра, пропорционально квадрату расстояния от центра изображения. Изображение спектра воспринимается фоточувствительной матрицей с накоплением и произвольной выборкой 5, причем с целью расширения динамического диапазона, повышения точности измерений и повышения общей светочувствительности опрос ячеек матрицы производится после общего импульса сброса через равные интервалы времени от центра к периферии изображения по расширяющейся спирали. При этом время накопления заряда и, следовательно, светочувствительность ячеек возрастают пропорционально квадрату расстояния от центра изображения, что компенсирует уменьшение его яркости от центра к периферии, также происходящее пропорционально квадрату расстояния от центра изображения спектра. В результате среднестатистические значения выходных сигналов ячеек матрицы приблизительно постоянны и не зависят от расстояния до центра изображения, что расширяет динамический диапазон регистрации флуктуаций составляющих спектра и повышает точность измерений. Так как интеграция фототоков периферийных ячеек не прерывается в процессе поочередного считывания, способ позволяет реализовать максимально возможную чувствительность приемника для данного суммарного времени считывания выходных сигналов всех ячеек матрицы.

Формула изобретения

Способ регистрации спектра пространственных частот двумерного изображения объекта, основанный на освещении изображения объекта коллимированным пучком монохроматического света, амплитудной модуляции коллимированного пучка исследуемым изображением, фурье-преобразовании промодулированного пучка света, приеме изображения спектра с помощью матрицы светочувствительных ячеек, отличающийся тем, что после начала интеграции фототока светочувствительными ячейками приемника изображения производят считывание выходных сигналов светочувствительных ячеек матрицы через равные интервалы времени по спирали от центральных светочувствительных ячеек к периферийным, что обеспечивает возрастание светочувствительности ячеек матрицы пропорционально квадрату расстояния от центра изображения.

РИСУНКИ

Рисунок 1