Устройство для линейной пространственной фильтрации двумерных оптических сигналов

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (11)519672

Г.

1 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 04.07.74 (21) 2041322/25 с присоединением заявки № (23) Приоритет— (43) Опубликовано30.06,76.Áþëëåòåíü №24 (45) Дата опубликования описания 02.11.76 (51) М. Кл.

С О2 Г 1/11

G 06 Cr 9/00

Государственный комитет

Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 621.372.54.

029 67 (088 8) (72) Авторы изобретения Б. А. Белинский, Э. Н. Каплан и В. К. Шаталов (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЛИНЕЙНОЙ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ

ФИЛЬТРАЦИИ ДВУМЕРНЫХ ОПТИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ

Изобретение относится к области оптической обработки информации и может быть использовано для осуществления оптической согласованной (линейной) фильтрации в когерентных оптических системах. Устройство такого типа основано на методе линейной пространственной фильтрации суть которого заключается в том, что для обработки оптических сигналов используется согласованный пространственный фильтр. 10

Обычно система оптической линейной фильтрации состоит из расположенных последовательно по одной оптической оси когерентного источника света (лазера) коллиматора, транспаранта. двух лицз и согласован- 15

Ного пространственного фильтра, причем транспарант находится в передней фокальной плоскости первой линзы, а в ее задней фокальной плоскости, которая совпадает с передней фокальной плоскостью второй линзы, устанавливается 20 согласованный пространственный фильтр, Плоскость, в которой находится фильтр, называется плоскЬстью пространственных частот. Выходной сигнал системы наблюда- 25

2 ется в задней фокальной плоскости второй линзы.

Система работает следующим образом.

Транспарант модулирует коллимированный пучок света лазера в соответствии с собственным коэффициентом амплитудно-фазового пропускания Т (Х,У). Дальше это пространственное распределение светового поля (оптический сигнал) преобразуется первой линзой так, что в плоскости пространственных частот образуется пространственный спектр Т (Ш, Ж ). В этой же плоскости установлен согласованный фильтр, представляющий собой голограмму Фурье заданного распределения светового поля

Н (y,у). Результатфильтрациинаблюдается в задней фокальной плоскости второй линзы, которая осуществляет обратное преобразование Фурье оптического сигнала, пропорционального произведению функций Т („,Ж„) и Н (ЮХ, тл, ). Выходной сигнал системы имеет вид сигнала свертки и корреляции функций Т (X,Ó) и Н (Х,У ). И если входной оптический сигнал Т (Х, Y ) представляет собой сумму полезного сигнала и

519672

7 сигнал и функции оптического линейного фильтра, сформированного многоканальным

УМ С.

Преимушеством предлагаемого устройства является возможность формирования практически любых заданных функций пропускания многоканального УМС достаточно просто, в результате чего можно реализовать быстродействующее устройство для линейной пространственной фильтрации в высокоэффективных системах оптической обработки информации. Так, например, при необходимости сформировать новый оптический пространственный филер в предлагаемом устройстве достаточно изменить амплитуды модулируюших напряжений, подаваемых на входы многоканального УМС. В известных же устройствах для синтезирования нового оптического фильтра необходимо преобразовать новые сложные электрические сигналы, что представляет собой трудную техничес8 кую задачу. Длительность этих электрических сигналов невелика (порядка 100 мксек), к тому же это ограничивает время наблюдения выходых сигналов.

Формула изобретения

Устройство для линейной пространствен1О ной фильтрации двумерных оптических сигналов, содержащее расположенные последовательно на одной оптической оси лазер, коллиматор, транспарант, объектив, ультразвуковой модулятор света и выходную лину зу, отличающееся тем, что, с целью упрощения формирования заданных функций пропускания, ультразвуковой модулятор света выполнен многоканальным с двумерной многоканальностью в плоскости

20 модулятора, а между модулятором и объективом установлен мультипликатор спектра.

Составитель Н. Решетников

Редактор Т. Рьтбалова Техред Г. Родак Корректор

Заказ 5040/577 Тираж 654 Подписное

ЫНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент", г. Ужгород, ул. Проектная. 4

5 19672 чредставлена совокупностью плоских световых волн, каждая из которых формирует соответствующий дифракционный максимум в фокальной плоскости выходной линзы. Выходным сигналом каждого канала будем считать световые колебания в дифракционном максимуме +1 порядка.

В выражении 1 этому соответствуют члены с индексами е= 1, m = 1.

1(и 1 — кь)

„=AX е .З ((д

1 и

iï ч Ф. — — )(.и(t — „) °

1 к

"(Y) =AZ

I5 пУУ к Fv .е

iE(+ — — )t I . п7Т а. а к11 i „ х .6

25 (2 где С А После суммирования сигналов с выхода каждого канала получаем и н . пи

У=ЕЕ =С(Е A В Е пк пок и к 35 к7

Y i(tut -к1) е ) E e =СТ(Х,Y).

i(u 4-КЕ)

Е е

Сравнивая это выражение с выражением 40 для входного сигнала многоканального УЗМС

i (uit к )

a=E -е

1 о получаем функцию пропускания многоканального УЗМС, которая с точностью до посто- 45 янного множителя совпадает с заданной функцией Т (Х, Y )

На чертеже представлена функциональная схема устройства для линейной пространственной фильтрации.

Устройство состоит из расположенных последовательно на одной оптической оси когерентного источника 1 света, коллиматора 2, транспаранта 3, объектива 4, мультипликатора 5, многоканального УМС 6 и выходной линзы 7. В качестве когерентного источника света в устройстве используется лазер, работающий в непрерывном режиме. Коллиматор 2 представляет собой линзу или систему соосных линз. ТранспаЕсли пренебречь малым допплеровским сдвигом частоты пу . и A

-1 д Х 1 а С

Р

i

), то полуа а чим . ni „. kfF

Е |=СЕ А Ве е и о и к

)() 30 рант 3 создает исследуемое амплитуднофазовое распределение светового поля и устанавливается в передней фокальной плоскости объектива 4, который представляет собой обычную линзу. В задней фокальной плоскости объектива в устройстве установлен мультипликатор спектра, который выполнен в виде голограммы совокупности точечных источников света, число которых равно числу каналов многоканального УМС.

После мультипликатора 5 расположен многоканальный УМС 6, состоящий из оптически прозрачного звукопровода и пьезоэлектрических преобразователей, расположенных в двух взаимно перпендикулярных плоскостях на границах звукопровода. На противоположных границах звукопровода установлены поглотители для обеспечения режима бегущих волн, В качестве оптически прозрачного звукопровода может использоваться либо жидкость, например дистиллированная вода, либо кристалл. Многоканальный УМС размещен в передней фокальной плоскости выходной линзы 7, в задней фокальной плоскости которой наблюдается выходные сигналы устройства.

Система работает следующим образом.

Когерентный луч света от лазера 1 направляется на коллиматор 2 . который расширяет его и формирует плоский волновой фронт, Этот волновой фронт распространяется вдоль оптической оси системы и после прохождения транспаранта 3 модулируется по амплитуде и фазе. Объектив 4 производит преобразование Фурье над распределением светового поля формируемого транспарантом.

В результате в фокальной плоскости объектива образуется спектр входного оптического сигнала, который размножается мультипликатором 5 таким образом, чтобы число мультиплицируемых изображений равнялось числу каналов УМС. Каждое из этих изображений спектра поступает на отдельный канал

УМС, На преобразователи УМС подается в свою очередь электрическое напряжение так, чтобы сформировать заданную функцию про пускания (т.е, чтобы сформировать заданный оптический фильтр).

В результате происходит оптическая линейная фильтрация входных оптических сигналов, вследствие дифракции света на ультразвуковых волнах, возникающих в звукопро— воде многоканального УМС. В задней фокальной плоскости выходной линзы 7, которая совершает обратное преобразование

Фурье над распределением светового поля, образованного на выходе многоканального

УМС, формируются выходные сигналы системы в виде сигнала корреляции и свертки функции, описывающей входной оптический