Голографическое устройство вб1деления произвольных изображений из известного мешающего фона

 

Союз Соззтскиз O Ц и А Н и

Соцнажстических

Звсоузлзз Я 3 () g P Я т Я Н И Я

Зависимое от авт. свпдc oëüñòâя №

Заявлено 08.1.1971 (М 1619545 26-25) М. Кл. G 03с 9/08 с присоединением заявил! ¹

Приоритет

Опубликовано 12.Х.1973. Бюллетень № 41

Дата опубликования описания 14Л .1974

Государственный комитет

Соввта Министров СССР

An делан иообретений м открытий

УД1; 772.99(088.8) !

1Т5 - "-" "." И3

Э. И. Крупинки!! и Г. X. Фридман

Ленинградский электротехнический институт связи им. проф. М. A. Бонч-Бруевича

Авторы изобретения

Заявитель

ГОЛОГРАФИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ВЫДЕЛЕНИЯ

ПРОИЗВОЛЬНЫХ ИЗОБРА)КЕНИЙ ИЗ ИЗВЕСТНОГО

МЕШАЮЩЕГО ФОНА

Предлагаемое устройство может быть использовано в системах оптической обработки информации, и,в частности для выдслси1!я и обнаружения произвольных изобра>кений, которые могут появиться на заранее извести!я фоновом изображении, .выступающем в поли помехи.

Существующее устройство выделения произвольных изображений из мсша!ощсго фоня, характеристики которого зарансс известны, основано на принципе амплитудной пространственно-частотной фильтрации и состоит 113 следующих элементов: источника когсре!пного света, коллиматора и транспаранта с записью выделяемого изображения и мсша oн!eго фона; линзы, формирующей пространственно-частотный спектр Фурье, входного изображения; амплитудного транспаранта {маски), прозрачность которого меняется по заранее определенному закону; линзы, совершающей обратное преобразование спектра в изображение; светочувствительного материала, на Котором регистрируется отфильтрованное II30бражение. Если амплитудно-частотный спектр фона известен и нс перекрывается существенно со спектром выделяемого изображения, то фон может быть заметно ослаблен без ущерба для качества выделяемого изобря>кения с помощью транспаранта, устано вленного в частотной плоскости. Для этой цели прозрачность p3IIOII3p3llra делают малой в областях, соотвстствуIQLIlих основным пространственным частотам спектра мешающего фона. ОписанlIoc выше устрой Tllo эквивалентно полосовым ями,ппудио-частотным фильтрам, используем!>1м для Выдслсиия элсктричсских сигналов из помех.

Если спектр в1.!дел ясного изображения существенно перекрывается со спектром фоня, 10 то эффективно отфильтровать его с помощью известного устройства, не удается. Это ограничивает возможности использования устройства.

Цель изобретения — создание устройства, 15 позволя!ощсго выделять произвольныс изображения из известного мс!ц;1!О1цсго фона даже в том случае, когда их амплитудно-частотныс спсктпы полностью перекрываются, при этом, однако, требуется полное задание фоно20 вого изображения, ДОСТИГ3СТСя ЭТО Пg ТСМ Ис ПОЛЬЗОВян11Я -!Вуккяскядного голографического устройства.

Первый каска этого устройств» прсдстявляст

25 собой голографический режскторный фильтр, «иястроснны!!» иа мешающий фон и нс проп3 ск llои!ии сго и l вход ВTорого к3ск lда. 113 .вход второго каскада проходит только выделяемое изображение, но в с!1льно искаженном

30 виде. Для его восстановле1гия используется второй каскад, представляющий собой голографический корректирующий фильтр.

В устройстве режскторный фильтр выполнен в виде сочетания согласованного с фоном голографического фильтра и пространственного селектора, роль которого выполяет непрозрачная пластина, перекрывающая корреляционный максимум яркости, образующш!ся на выходе фильтра. Согласованный с фоном голографический фильтр я вляется известным устройством, основанным ня использовании

Фурье-голограммы фонового изображения.

Корректирующий фильтр может быть реализован по-раз !ому. В предложенном устройстве в качестве такого фильтра также используется согласованный с фоном гологряф! ческий фильтр, идентичный предыдущему.

Если фон имеет спектр близкий к ра>вномсрному, то такой фильтр обеспечивает почти оптимальную коррекцию искаже)шй, вносимых первым согласованным филыром. Если >ке спектр сильно отличается от равномерного, то достаточно при изготовлении Фурье-голограммы фонового изображения, используемой в корректиру ющем фильтре, осуществить коррекцию амплитудно-частотного спектра с помощью соответствующего транспаранта, устанавливаемого перед регистриру)ощей c})c;loi

11а чертеже представлена схема устройства выделения произвольных изображений из известного мешающего фона, где 1 — источник когсрентного света; 2, 3 — линзы коллиматора; 4 — транспарант с записью выделяемого изображения и мешающего фона; 5 — голографический режекторный фильтр, «настроенный» на мешающий фон; 6 — линза, реализующая прямое преобразование Фурье; 7 — транспарант с записью Фурье-голограммы изображения мешающего фона; 8 — линза, реализующая обратное преобразование Фурье; 9 — непрозрачная диафрагма с отверстием; 10 — — непрозрачный диск, выполняющий роль пространственного селектора и могущий перемещаться при поиске корреляционного максимума фонового изображения; 11- -корректирующий голографический фильтр; 12 — линза, реализующая прямое преобразование Фурье;

13 — транспарант с записью Фурье-голограм,мы изображения мешающего фона; 14 --- линза, реализующая обратное преобразование

Фурье; 15 — непрозрачная диафрагма с отверстием, выделяющая полезный световой пучок; 16 — светочувствительный материал для регистрации выделяемого изображения;

17 — плоскость, в которой находится транспарант 4; 18 — выходная плоскость режекторпого фильтра; 19 — плоскость изображения транспаранта 13; 20 --,выходная плоскость корректирующего фильтра.

Устройство работает следующим образом.

Плоско-параллельный световой пучок, формируемый коллиматором 2, 3, просвечивает в плоскости 17 транспарант 4 с записью выделяемого изображения и известного мешающего фона. Далее пространственно-модулиро4 ванный световой пучок проходит через голо1 рафическии !1)иль p> соl >! асовянныи с фоно вым изображе!шем и состоящий из линз 6, 8 и lpdIICIIdpdllld-голограммы 7. В соответствии

5 С ИЗВЕСТНОЙ 1 СО})НЕ>И СОГЛсlсонсlННЫХ ОИ П!ЧЕских фи;!ь!ров суммарный све)оной поток в

IlJI0cx0c1II 18 будет содержать три колгноненты: Од а из них представляет сооой пучоксьета, распространяющиися вдоль оси и соответ10 ствует ностояшгой составл)11ощей транспаранта J а две другие являются дифракциош)ыми пучками света, распространя)ощимис» под некоторыл)и углами +0 и — О к ocll системы.

10лько Один из э!их Ооковых пучков ЯВ IЯетсЯ

15 ИО;Iезным, 110 Опреде I>Ic!с>1 ) слОВи>!ми изго-!

Овления 1оло)раммы (у!лом !Садения опорного пучка равным +О или — О). В даннол1 слу 1сп.. НРСДНОЛсl! сlЕ1 СЯ, Ч10 ПОЛЕЗНЫМ >!В. !1!Е1CSI верхнии пучок (+О), который и выделяется с

20 помощью диафрагмы 9. )Тот пучок в свою

ОЧСРЕДЬ СОДЕРЖИ ДВС Cocl dBJ1511OLIIHC> Одпсl ИЗ к010Рьlх> Раси})е>1сJ!011111151 по Оз I)cPc1 ию Диа ррагмы 9 (несфокусиров1!Иная), соотве!Ствует выделяемому изображению, а другая, сфо25 кусЩ)ОВянна>! В некото})011 !Очке О 1 Всрсl ия> Оудст соо)ветствовать изображению фона, 1>аспределение яркости сфокусированной компоIIeII Ir определяется функцией автокоррсляции фона и практически имеет резко выр !женный

30 максимум, вблизи которого сосредоточена большая часть энергии пучка. 11ерекрывая этот максимуM с помощью непрозрачного диска 10, можно добиться почти полного подавления режекции мешающего фона. Ввиду

35 очень м)J»,lz размеров требуемого диска, его затеняющее действие мало сказывается на прохождешш через отверст)1е несфокусированной составляющей, несущей информацию о выделяемом произвольном изображении, Та40 ким образом, позади плоскости 18 будет расl1POCI Pa!IS) I СВЕТОВОИ ПУЧОК> СООТВЕТСТВУIО щий только выделяемому изображению. Однако для окончательного выделения изображения необходимо скомпенсировать искажения, 45 внесенные транспарантом 7, с записью Фурьегологр я м мы фонового изображения. С этой целью световой пучок вторично пропускается через голографический фильтр, согласованный

C ИЗО!)Рс!>КЕНИС!>I МЕШс!10ЩЕГО фопа. >>ТОТ

50 фильтр также состоит из пары преобразующих линз 12, 14 и транспаранта-голограммы 13.

Г роцесс компенсации искажении можно пояснить следующим образом, Система из линз

8 и 12 проектирует изображение, записанное

55 на транспаранте 7, в плоскость 19, где оно накладывается на изображение, записанное на транспаранте 13. В результате происходит как бы перел!Во>кение двух Фурье-голограмм фонового изображения. Поскольку голограм60 мя есть сумма двух комплексно-сопряженных слагаемых, то в процессе перемножения образуются двя вещественных положительных слагаемых, пропорциональных произведению амплитудно-частотных спектров фоня, записан65 ных на транспарантах 7 и 13. Фактически, 6

Предмет изобретения

1 17

1

Составитель Е. Халатова

Техред T. Ускова

Ре (иктор Т. Жиляева

Корректор Н Аук

Заказ 1012, 3 1 h1(. ¹ 295 Тира>к 523 Подписное

ЦИИИПИ Государственного колгитета Совега Министров СССР по делам изобретений и открытий

Москва, 7Ê-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2 благодаря нал1шиlî диафрагмы (1, образуется только одно из этих ела(асмых, которое и определяет I,o- ффициент передачи системы. Б силу вен;ес-веffíocòft и положительности этого сла1асм(и о ф; )овые искажения полностью 5 комнснсlll), ю icH. Лмп>(птудные >ке иска>кения буду-г отс)"гст13013ать в двух случаях:

1) сслн ам: л1г(умно-чистоты» спектр фона

А (о),-, (о„1 близок к равномерному;

2) если нри изготовлении транспаранта 13 10 с запись|о Фурье-голограммы фона осуществляе1ся коррекция спектра с помощью транспаранта, пропус ание которого меняется по закону А -((и,, о)„).

1(8 13Lfêo,Lå корректирующего фильтра в пло- 15 скости 2д будут присутствовать три световых пучка, одfø из которых распространяется вдоль оси и соогветствует неискаженному выделяемому изобра>кению. Два других пучка являются ме(иаю)цими и распространяются 20 под угламll -() н -20 к оси снст«1*Ä. Полезный пучок вы,(еляется с помощью lfta(f)pat мы Hf и и(;с.;1аст на светочувс()щтсльньш м;гг(риал, где ttpottcvo; 1»l запись 131 t;Lcле)шогО изображения.

1. Голографичсско(устройство выделения

ЛР(ft31307fbf ftit)(И:100Р(1ЖЕНИН 113 11313(. C1 tfol 0 i%1 «шающего фоны, содсржаще«источник когерентного света, коллиматор, транспарант с записью выделяемого изображения и фона, oтл и ч и ю щc ес я т«м, что, с целью увели1«ния эффективности, устройство выполнено двухкаскадш,)м, первын каск,fä t(otoðoão предс1 авля(т собон р(. же! Торный (1)11л(игр, а 13ТОpoi — коррек)нрующ)ш голографический филь гр.

2. Устройство по и. 1, отличающееся тем, Ilo р«жекторный фильтр состоит из голоf.pàôH÷ñcêoã0 фильтра, в выходной плоскости которого ус1ановлен селектор, выполненный в ьн,)е непрозрачной пластины.