Оптические системы пространственной фильтрации

Синтезированные фильтры могут применяться не только в когерентно-оптических системах пространственной фильтрации, но и в некогерентных системах [189—191, 196]. Однако, несмотря на отдельные преимущества методов некогерентной фильтрации, возможности выбора формы импульсного отклика фильтра в этом случае весьма ограниченны. [c.154]

Из выражения (7.1.2) следует, что рассматриваемая оптическая система пространственной фильтрации линейна по отношению к комплексной амплитуде света и является пространственно-инвариантной. Следовательно, в рамках теории линейных систем ее достаточно полно можно описать передаточной функцией H(v, Vj,) и импульсной характеристикой h(u, v), которые связаны между собой преобразованием Фурье [c.227]

Из сравнения (7.1.4) и (7.1.5) с (7.1.2) и (7.1.1) легко видеть, что импульсная и передаточная характеристики рассматриваемой двухлинзовой оптической системы пространственной фильтрации тождественно равны импульсной и модуляционной характеристикам пространственного фильтра, т. е. H(v, Vy)—T vx, Vy) и h(u, у) = =t u, v). Это обстоятельство существенно облегчает синтез когерентных оптических систем с импульсными и передаточными характеристиками произвольного вида, поскольку задача сводится к синтезу пространственного фильтра с характеристикой амплитудного пропускания, равной передаточной характеристике синтезируемой оптической системы. [c.227]

Теперь поместим ГПФ в плоскости точно в то же положение, которое занимала фотопластинка при экспонировании, перекроем опорный пучок и определим импульсную характеристику и реакцию на произвольное входное воздействие оптической системы пространственной фильтрации, образованной линзами Лп и Лв- [c.234]

Как и следовало ожидать, импульсная характеристика оптической системы пространственной фильтрации с ГПФ состоит из 4-х слагаемых, образующих три про- [c.234]

Рис. 7.2.2. Структура импульсного отклика оптической системы пространственной фильтрации с ГПФ в частотной плоскости.

Рис. 7.2.3. Структура выходной реакции оптической системы пространственной фильтрации с ГПФ в частотной плоскости иа произвольное входное воздействие.

Если же разрешающая способность используемого материала недостаточна для записи столь высоких пространственных частот, между опорным и объектным пучками следует установить меньший угол При этом для сведения пучков под малым углом потребуются светоделитель и дополнительные оптические элементы (или линзы с большим фокусным расстоянием). Использование в каждом из пучков системы пространственной фильтрации, состоящей из микрообъектива 01. и точечной диафрагмы SF, помогает устранить шумы лазерного пучка ). Эти системы устанавливаются после зеркал, чтобы уменьшить влияние их дефектов. В наших экспериментах мы использовали коллимирующую оптику, обеспечивающую формирование очень однородных плоских волн, причем изменение интенсивности по сечению пучка составляет не более 5%. Однако во многих случаях не обязательны такие жесткие требования. [c.554]

Рис. 10.1. Когерентно-оптическая система, пространственно-инвариантную фильтрацию

Улучшение качества оптических изображений. Голо-графический метод исправления изображений путем исключения аппаратной функции также основан на принципе обратимости опорной и объектной волн. Для изготовления голографического пространственного фильтра в плоскость / (см. рис. 16) помещают транспарант изображения объекта, которое построено оптической системой (ее аппаратную функцию). Голограмму по-прежнему регистрируют в частотной плоскости 2 и после проявления помещают на прежнее место. Затем в плоскости / устанавливают транспарант, подлежащий исправлению, а пучок, служивший опорным при записи голографического фильтра, перекрывают. Вследствие фильтрации в плоскости 3 образуется исправленное изображение транспаранта. [c.53]

В заключение отметим, что использование синтезированных голограмм в качестве пространственных фильтров в когерентных оптических системах обработки данных ограничивается главным образом линейной фильтрацией, хотя в последнее время появились сообщения о возможном использовании синтезированных голограмм в оптических системах для создания систем с пространствен-но-неинвариантными свойствами и выполнения нелинейных оптических преобразований [57, 101, 102, 109, 110]. [c.154]

Метод пространственной фильтрации лежит в основе оптических методов обработки изображений. Он основан на явлении дифракции света и свойстве сферической линзы осуществлять двумерное фурье-преобразование над когерентными оптическими сигналами. Операции пространственной фильтрации изображений реализуются в различных оптических системах, однако, наибольшее применение нашла двухлинзовая схема (рис. 7.1.1). [c.225]

К сожалению, оптические системы согласованной пространственной фильтрации, реализуемые на основе голографических фильтров, оказались очень чувствительными к изменению ориентации и масштаба распознаваемого образа [168—170]. Тем не менее создано 4 действующих макета, подтвердивших возможность решения задачи опознавания фрагмента изображения оптическим методом, если фрагмент не изменяет свою ориентацию и размеры. Это макеты для идентификации отпечатков пальцев [171], определения местоположения спутника по наземным ориентирам [172], перевода с японского языка на английский [173] и определения розы. ветров по фотоснимкам со стационарного спутника Земли [174, 154]. [c.264]

Первым и самым распространенным оптическим коррелятором является коррелятор с частотной плоскостью [221 или система согласованной пространственной фильтрации. На рис. 1 приведена схема такого коррелятора, используемого в лабораторных исследованиях, Чтобы получить взаимную корреляцию функций g xi, г/i) и h xi, уг), необходимо сначала синтезировать в плоскости Рг пространственный фильтр Н (и, v), согласованный с h xi, г/i). [c.553]

Передаточная функция оптической системы, измерение 143 Поворот диффузной поверхности, исследование 108 Преобразование Фурье 9 Пространственная фильтрация 82 Профиль интерференционных полос 87 [c.166]

Плоскости, находящиеся на расстояниях 1 и от линз, являются, очевидно, сопряженными плоскостями или плоскостями передачи изображения. По этой причине телескопы Кеплера, используемые в усилительных системах, называются также оптическими ретрансляторами. Как правило, используемые в усилительных системах ретрансляторы осуществляют также расширение пучка на последовательно расположенных усилительных каскадах, а также-пространственную фильтрацию излучения (см. гл. 6). [c.157]

Фильтрация спектра пространственных частот в оптических системах [c.365]

Авторы [14, 15] описали параллельный оптический логический матричный процессор, построенный на теневой системе и светодиодах. Все 16 логических функций для двух двоичных переменных осуществляются параллельно путем изменения засветки, создаваемой с помощью светодиодов. В работах [36, 37] был предложен оптический логический процессор, работающий на принципе пространственной фильтрации. В двух выше- [c.225]

Целью последующих глав данной книги является детальное исследование возможности использования концепции теории фильтрации, выраженной уравнением (1.16) и наиболее полно разработанной в электрической теории связи, в теории формирования оптического изображения. Короче говоря, именно с этой точки зрения мы будем продолжать рассматривать формирование изображения оптическими системами, рассматривая сами системы как фильтры пространственных частот. [c.29]

В 2.2 развит подход к процессу восстановления томограмм, полученных при ограниченном числе проекций. Он основан на представлении его аналогом процессу формирования изображения некоторой линейной отображающей системой. Такой подход позволил использовать для восстановления томограмм высокого качества различные алгоритмы реставрации изображения, в частности методы пространственной фильтрации Однако использование зтих алгоритмов практически трудно осуществимо в оптических томографах, так как требует либо создания сложного инверсного фильтра, либо не менее сложного его фурье-образа. [c.64]

В [83] метод пространственной фильтрации получил дальнейшее развитие. Во-первых, в этом методе снималось условие однородности (постоянства) показателя преломления вдоль оси заготовки стекловолокна. Во-вторых, для получения данных о функции отклонения в отличие от описанной выше схемы требовались лишь одномерная пространственная фильтрация, отображение и считывание оптических сигналов. Треугольная маска 3 (см. рис. 3.4) была заменена на вертикальную полуплоскость, движущуюся вдоль оси со. Конструктивно такой фильтр был выполнен в виде вращающегося диска с вырезанным сектором, причем ось вращения располагалась ниже оптической оси z, параллельно ей. С помощью данного фильтра величина смещения лучей в фокальной плоскости линзы 2 кодировалась во времени. В плоскости изображения 4 центрального сечения заготовки 1 данная информация выделялась с помощью специальной детектирующей системы с опорным электрическим каналом. [c.85]

Для большого класса задач уравнения, описывающие взаимосвязь этих величин, являются интегральными уравнениями (ИУ) первого рода. Остановимся на некоторых методах решения этих уравнений в оптических измерительных системах, при этом можно выделить два вида оператора А. В первом случае оператор А имеет обратный оператор А , т. е. можно построить формулу обращения ИУ (4 1). К таким типам ИУ относятся часто встречающиеся в косвенных измерениях преобразования Абеля, Фурье, Радона, уравнение типа свертки и т. д. Для вычисления формул обращения некоторых из них могут быть использованы достаточно простые и широко известные схемы оптических процессоров, которые для целого ряда случаев могут дать хорошие результаты. Так, например, использование спектроанализатора для анализа оптического волнового фронта, прошедшего через гидродинамический турбулентный процесс, позволяет определить спектр турбулентных пульсаций [112] применение коррелятора позволяет определить масштабы турбулентности реализация простейших методов пространственной фильтрации в лазерных анемометрах позволяет одновременно определять размеры и скорость частиц в потоке (ИЗ] и т. д. Нетрудно заметить, что при решении именно данного класса уравнений возникает наибольшее многообразие оптических схем в зависимости от вида ядра ИУ. [c.113]

В [150] описан один из возможных путей улучшения качества изображений, восстанавливаемых по методу кодированного источника. Исходя из того, что корреляционный метод восстановления математически эквивалентен восстановлению изображений просто обратным проецированием, сделан вывод о необходимости фильтрации проекционных данных. Прелагается эту операцию выполнить методами некогерентной оптической обработки с помощью специально разработанного авторами [150] киноформа. Обратное проецирование и суммирование проекций выполняется растровой проекционной системой. Таким образом, каждая линза растра осуществляет сдвиг и фокусировку проекций, в то время как киноформ выполняет их пространственную фильтрацию для подавления вклада нежелательных плоскостей. Экспериментальная проверка предложенного метода показала некоторое улучшение качества восстановленных изображений. [c.193]

Внешняя функциональная модель отражает точку зрения заказчика оптической системы и позволяет легко описать едиными понятиями работу сложной цепи или каскада преобразования информации. Этот каскад включает в себя кроме оптической системы такие преобразователи, как фотографическую эмульсию, электронные блоки, фотоэлектрические преобразователи, телевизионные системы и другие, характерные для современных оптических и оптико-электронных приборов. Так как при этом оптическая система рассматривается как линейный фильтр сигнала, то математический аппарат внешней модели основан на теории линейной фильтрации и линейных систем, изложенной в работах [10, 21, 22], применительно к двумерным пространственным (оптическим) сигналам, [c.18]

При приеме некогерентных оптических сигналов в ОЭП при фильтрации по оптическому или пространственному спектру, т. е. во входных звеньях прибора, очень трудно, а часто и вообще невозможно создать гребенчатые фильтры. Это объясняется во многом сложностью технологии изготовления многополосных светофильтров с заданной спектральной характеристикой. В то же время использование лазера в качестве источника излучения при активном методе работы ОЭП позволяет применить средства когерентной оптики и методы когерентного приема, разработанные и освоенные в радиолокации. Известны системы обработки оптической информации, использующие когерентное излучение и пространственно-частотные гребенчатые фильтры. [c.74]

Отличительной особенностью пространственной фильтрации в оптических некогерентных системах, т. е. при обработке некогерентного оптического сигнала, по срав- [c.84]

В последние годы метод пространственной фильтрации широко и эффективно используется в когерентных оптических системах [81, 96]. Хотя в ОЭП, предназначенных для обнаружения и измерения параметров удаленных излучателей, оптические когерентные системы обработки информации нашли пока что сравнительно небольшое распространение, следует отметить их несомненную перспективность. [c.86]

Олег — оптический квантовый генератор РЯ — расширитель пучка ЭЛПВМС— электронно-лучевой пространственный временной модулятор света ТПМ — термопластическая мишень ОСПФИ — оптическая система пространственной фильтрации изображений ЛГ С—передающая телевизионная камера BV— видеоусилитель ВС — видеосигнал БП — блок пнтання ЭЛПВМС ГР — генератор развертки ОС — отклоняющая система ССИ — строчные синхроимпульсы КСИ — кадровые синхроимпульсы. [c.202]

Преобразование пространственно-случайных (спекл-оо-лей) в оптических системах. Из теории фильтрации случайных сигналов линейными колебат. системами хорошо известна связь между спектрами мощности (фурье-образами корре.г1яц. ф-ций) сигналов на входе и. выходе фильтра H( i))i , где Я((в) — частотная характеристика фильтра. Аналогичное равенство справедливо для решения задачи фильтрации спекл-полей в оптич. (пространств.) фильтрах [c.388]

Интересные результаты получены в [411 при численном расчете квазистатичес-кой самофокусировки супер гауссовских пучков. Область движения фокуса зависит от вида пространственного распределения и достигает максимального значения при гауссовской форме. Показано также, что самофокусировка пучка в совокупности с пространственной фильтрацией в оптической системе позволяет повысить контраст импульса и управлять формой огибающей последовательности импульсов. [c.88]

Аналоговое оптическое вычислительное устройство выполняет требуемую математическую операцию над сформированным когерентным оптическим сигналом. Обычно оно содержит одну или несколько оптически связанных между собой линз (объективов) и оптические фильтры в виде амплитудных или фазовых масок либо голограмм, установленных в определенных плоскостях оптической системы. С помощью масок и голограмм требуемым образом осуществляют пространственную модуляцию обрабатываемого когерентного оптического сигнала или его спектра. Методы когерентной оптики и голографии позволяют относительно просто выполнять целый ряд математических операций и интегральных преобразований над двумерными комплекснозначными функциями (изображениями). Это прежде всего операции двумерного преобразования Фурье, взаимной корреляции и свертки, а также операции умножения и деления, сложения и вычитания, интегрирования и дифференцирования, преобразования Гильберта, Френеля и др. Легко реализуются также различные алгоритмы пространственной фильтрации изображений, в том числе согласованной, инверсной и оптимальной по среднеквадратичному критерию и критерию максимума отношения сигйал/шум. Следует отметить, что часто одну и ту же операцию можно реализовать с помощью разных оптических схем и различными способами. Запоминающее устройство (оптическое или голографическое) служит Для хранения набора эталонных масок или голограмм, [c.201]

Оптические системы согласованной пространственной фильтрации могут найти применение для решения задач обнаружения полностью известных двумерных сигналов (изображений) на сложном шумоподобном фоне, для идентификации изображений в оптических системах распознавания образов, а также для корреляционного анализа изображений. [c.239]

До сих пор при рассмотрении задачи восстановления истинного распределения интенсивности на объекте не учитывалось влияние шума. Между тем именно шум является основным ограничивающим фактором при повышении разрешающей способности оптических систем выше дифракционного предела путем апостериорной обработки формируемых ими изображений. В действительности регистрируемое изображение не является чистой сверткой распределения интенсивности на объекте с импульсной характеристикой оптической системы, а представляет собой аддитивную смесь этой свертки с шумом. Если уровень шума значителен, то использование инверсного пространственного фильтра не обеспечит получения желаемого результата из-за искажения шумом изображения на выходе схемы пространственной фильтрации. Дело в том, что корректируемые передаточные характеристики в большинстве случаев являются осциллирующими знакопеременными функциями, принимающими нулевое значение. Так, например, передаточная характеристика дефокусированной оптической системы имеет вид [c.248]

Представляет интерес возможность расширения спектра пространственных частот, открываемая при перезаписи таких спеклограмм. Действительно, при воспроизведении изображения спеклограммой имеет место увеличение примерно вдвое пространственного угла, в котором наблюдается изображение. Это обусловлено тем, что пучки, соответствующие симметричным дифракционным максимумам, образуют единый диффузно рассеянный пучок, максимальные пространственные частоты которого соответствуют направлениям двух разнозначных первых порядков дифракции. В случае, когда апертура переизображающей оптической системы захватывает весь зтот пространственный спектр, он фиксируется на перезаписанной спеклограмме, образуя более высокочастотную (мелкую) спекл-структу-ру, В результате дифракции освещающего пучка на этой спекл-структуре формируется уширенный пространственный спектр, что при необходимости позволяет обеспечивать определенный энергетический вьшгрыш при фильтрации поля в фурье-плоскости, поскольку пространственный спектр фотографического (негативного) изображения остается неизменным. Вбзможен также своеобразный синтез апертуры переизображающей системы путем последовательной регистрации вторичных спеклограмм при различных углах освещения исходной. [c.93]

Эксперименты показывают, что проведение пространственной фильтрации в дальней зоне позволяет также управлять чувствительностью измерения продольных жестких смещений. Однако пределы ее измерения (при одинаковых удалениях от частотой плоскости) в этом случае существенно меньше (густота полос возрастает медленнее). Это становится понятным, если принять во внимание, что в силу различия характера смещения индивидуальных спеклов чувствительность спекл-интерферометри-ческих измерений к продольным смещениям заметно (примерно на порядок при одинаковом увеличении оптической системы) меньше, чем к поперечным. [c.125]

Рис. 78. Голографические интерферограммы, полученные при пространственной фильтрации между первой линзой и фурье-плоскостыо (а) и между фу -плоскостыо и второй линзой (б) для оптической системы, п[Я1веденной на рис. 76.

Винеровский фильтр. Одной из фундаментальных проблем, связанных с применением методов оптической пространственной фильтрации [4, 7, 14, 16] к реальным фотографическим изображениям, является шум, обусловленный зернистостью фотоматериала этот шум проявляется в виде нерегулярной пространственной структуры, разрушающей изображение. Поскольку такая нерегулярность носит случайный характер, то, чтобы свести ее проявление к минимуму, необходимо обратиться к статистическим методам. Такой подход к фильтрации сигналов в присутствии аддитивного шума разработан и широко применяется как в электрических, так и в оптических системах [1, 3, 5, 6, 8, 9, 12, 15]. [c.90]

Физики Мичиганского университета Э. Лейт и Ю. Упатниекс, которые занимались вопросами пространствен ной фильтрации оптической информации, использовали методы радио локации для обработки информации. Естествен вопрос, какое отноше ние к оптике имеет радиолокация, теория связи Выяснилось, что мож но назвать ряд оптических проблем, касающихся передачи, накопле ния и обработки информации, которые аналогичны проблемам опти ческой фильтрации и обнаружения, рассматриваемых теорией связи Разница есть только в природе информации. В системах связи она имеет временную природу. Это означает, что по форме волна тока или напряжения оказывается модулированной. В оптических системах у информации пространственная природа - амплитуде и фазе света свойственно пространственное распределение. Представляя себе про- [c.49]

Позже было оценено качество системы опознавания. Ее функциональная схема изображена на рис. 67. Изображение опознаваемого объекта, находящегося слева, строит оптическая система ОС с полупрозрачным зеркалом ПЗ на пространственном модуляторе ПМ, расположенном в луче лазера. В плоскости голографического фильтра ГФ, управляемого блоком настройки, происходит фильтрация промодули-рованного излучения. Отклик системы - яркостный всплеск, попадая на матрицу фотодиодов, находящуюся в блоке формирователя команд, выдает сигнал о распознавании и координатах опознанного объекта. Этот сигнал поступает в систему управления для принятия решения. [c.135]

Если когерентный световой сигнал усиливать лазерным усилителем, то к нему добавляются шумы спонтанного излучения. Пользуясь описанной выше системой с дифракционным ограничением пучка, согласованием мод и пространственной фильтрацией, можно уменьшить дополнительный шум спонтанного излучения до значений, близких к теоретическому минимуму. Вопрос заключается в следующем можно ли получить выигрыш в чувствительности системы, т. е. в минимальном обнаруживаемом сигнале Как увидим ниже, ответ зависит от спектральных характеристик приемника. Если провести поверхностный анализ ОСШ для систем, основанных на использовании лазерных усилителей с небольшим усилением, работающих в видимой области спектра, для которой имеются фотоэлектронные приемники с хорошими характеристиками, то можно легко сделать вывод, что лазерный усилитель ухудшает характеристики большинства систем связи [19, 49], особенно если лазерный предусилитель сравнить с оптическими гетеродинными или гомодинными системами. Но более тщательный теоретический анализ (слишком подробный, чтобы воспроизводить его в данной книге) [50] показывает, что в зависимости от уровня инверсии лазерного усилителя и спектрального квантового выхода приемника при использовании лазерного предусилителя может снизиться минимальный обнаружимый уровень сигнала. Результаты измерений, проведенных на длине волны 3,508 мк (одно из лучших окон прозрачности атмосферы) с лазерным предусилителем на Хе, имеющем большое усиление [51, 52], показали, что вследствие сужения полосы усиления получен выигрыш в минимальном обнаружимом сигнале на 16 дб. Поскольку независимые измерения инверсии [c.482]

До сих пор мы рассматривали два весьма отличных друг от друга раздела науки теорию линейной фильтрации и геометрическую оптику. Теперь мы попытаемся обосновать необходимость введения этих разделов, показав, как они оба в действительности тесно связаны с представлением о формировании изображения в оптических приборах в результате фильтрации пространственных частот. Ранее мы указывали, что свойства системы определяются либо импульсной реакцией системы (функцией Грина), либо ее преобразованием Фурье, т. е. частотной характеристикой системы. В онтике импульс представляет собой точечный источник света в пространстве объектов, а функция Грина для прибора (называемая функцией рассеяния в литературе по оптике) дается распределением освещенности в изображении точки. Оптическая частотная характеристика является тогда двумерным преобразованием Фурье этого распределения и называется оптической контрастно передаточной функцией. Исходя из сказанного, мы можем с незначительными модификациями применить к оптическим системам представления теории линейной фильтрации, которые хорошо установлены в области электрических цепей. [c.113]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...