Оптическая обработка сигналов

Изобретение оптической голографии [25, 26, 133—136, 174—177] сыграло революционизирующую роль в развитии науки и техники. На стыке радиотехники, техники связи и оптики родился поток новых идей, методов, технических средств записи, хранения, обработки, воспроизведения информации. Современная голография — это радио и звуковидение [2, 4, 9, 60, 140], голографическая интерферометрия и неразрушающий контроль [18, 56], оптическая обработка сигналов [1, 24, 55, 59], оптическое моделирование, контроль и коррекция излучающих систем [8, 9], изобразительная голография [54, 91]. [c.3]

За последние годы магнитооптические модуляторы на основе кристаллов граната стали представлять особый интерес с точки зрения создания оптоэлектронных устройств. В области оптической обработки сигналов просматриваются многочисленные приложения, связанные с сопряжением электрических и оптических сигналов, созданием пространственных фильтров, перестраиваемых в фурье-плоскости, с реализацией логических функций. Другие применения обнаруживаются в оптических системах, используемых в литографии и системах оптической связи. [c.14]

В следующих разделах кратко обрисованы вопросы подбора материалов и основные характеристики гранатов как основного материала для магнитооптических модуляторов. Затем обсуждаются различные конструкции и методы адресации магнитооптических модуляторов наряду с кратким изложением экспериментальных результатов и предельных возможностей. В заключение будут даны некоторые оценки будущих разработок с точки зрения их применения для оптической обработки сигналов. [c.15]

Для материалов с высокой степенью замещения висмутом и большими углами поворота плоскости поляризации в существующих устройствах пока не удается достичь оптимальной толщины пленки. Для длины волны в середине видимой области спектра оптимальная толщина составляла бы около 10— 12 мкм. Однако современная технология позволяет получить до 5—7 мкм. Таким образом, здесь имеются возможности для улучшения параметров. Фарадеевское вращение плоскости поляризации уменьшается при смещении в красную и инфракрасную области спектра. С другой стороны, имеются окна в коэффициенте поглощения в инфракрасной области, где ПКМ оказывается на несколько порядков больше, чем в видимой области. Когда для оптической обработки информации используется лазерное излучение в инфракрасной области, имеется возможность создания модуляторов света с намного более высокими оптическими коэффициентами пропускания, чем в видимой области. Трудность, однако, состоит в том, что толщина магнитооптического слоя должна быть намного большей, чем в видимой области, чтобы получить лучший коэффициент пропускания (обычно в интервале до 100 мкм). Это делает технологию изготовления модулятора более сложной. В оптической обработке сигналов может представлять особый интерес получение углов фарадеевского вращения плоскости поляризации в 45 или даже 90°. В видимой области это возможно только при высоком коэффициенте поглощения. Как было показано с помощью простого устройства, в инфракрасной области могут быть получены углы поворота плоскости поляризации в 90° в гранатовых материалах при оптических коэффициентах пропускания до 90% [19, 20, 26]. Однако до сих пор подробно не изучена возможность создания высокоразрешающих пространственных модуляторов в инфракрасной области. [c.49]

Измерение степени турбулентности требует специальной сложной обработки доплеровского сигнала, который имеет вид импульсов типа вспышек с частотой fo (ввиду случайного распределения частиц в потоке и большого пространственного разрешения оптической схемы анемометров). Не касаясь специальных вопросов обработки доплеровских сигналов, заметим, что к настоящему времени созданы ЛДА с подобной обработкой сигналов и выводом информации на цифровое табло. Практически лазерные анемометры не имеют ограничений по измерению степени турбулентности (что особенно важно для исследований в проточных частях турбомашин), а верхний предел по измеряемым скоростям определяется только способом измерения доплеровской частоты. Так, для случая использования в ЛДА фотоприемника с полосой пропускания 250 мГц при угле сведения лучей 20° верхняя граница измеряемой скорости около 400 м-с . При использовании в ЛДА эталона Фабри—Перо этот диапазон может быть увеличен до 800—1000 м.с- 1,122]. В ЛРА с т=10 и )=400 мкм (А=0,02б мГц-с-м- ), разработанном в МЭИ [35], верхний предел измеряемой скорости составил 300 м-с . Заметим, что в этом варианте анемометра ограничение по скорости лимитируется полосой пропускания усилителя. [c.55]

В последние десятилетия интенсивно развиваются методы оптической обработки информации в различных областях науки и техники. Наиболее эффективны оптические методы при решении таких трудоемких задач, как обработка пространственно представимых сигналов (в частности, изображений), распознавание образов анализ антенных полей и т. д. [11,33]. [c.150]

Для обработки сигналов, поступающих с РСА, и формирования снимков поверхности на космическом аппарате использовались оптические устройства. Информация в цифровом виде со спутника Алмаз-1 А через ИСЗ-ретранслятор системы ЛУЧ передавались в центр обработки и распространения данных в Москве. Ежедневно обеспечивалась обработка до 100 снимков. [c.156]

Вопрос обнаружения излучения ОКГ в шумах в условиях больших дальностей (когда число фотонов в принятом сигнале невелико или при использовании быстродействующей системы обработки сигналов, когда также число фотонов за временной интервал наблюдения мало) представляет интерес как для оптических систем связи, так и для оптических локационных систем. [c.53]

Рассмотренные выше бистабильные оптические устройства имеют много потенциально важных применений, в том числе в оптических системах связи и в системах обработки сигналов. Они могут использоваться в качестве дифференциальных усилителей, переключателей, ограничителей, вентилей и т. п. [c.327]

В гл. 9 было показано, что при взаимодействии световых пучков со звуковой волной в фотоупругой среде возникает много интересных явлений. Эти явления (например, брэгговская дифракция) могут быть использованы при создании модуляторов света, дефлекторов пучков, перестраиваемых фильтров, анализаторов спектра и устройств обработки сигналов. Использование акустооптического взаимодействия позволяет модулировать лазерное излучение или обрабатывать с высокой скоростью информацию, переносимую излучением, поскольку при этом отпадает необходимость в использовании каких-либо механических перемещающихся элементов. Это свойство аналогично электрооптической модуляции с той лишь разницей, что при акустооптическом взаимодействии вместо постоянных полей применяются ВЧ-поля. Последние достижения в применениях акустооптических устройств обусловлены главным образом наличием лазеров, которые генерируют интенсивные когерентные световые пучки, развитием эффективных широкополосных преобразователей, генерирующих упругие волны с частотами вплоть до микроволновых, а также открытием веществ, обладающих замечательными упругими и оптическими свойствами. В данной главе мы изучим различные устройства, основанные на брэгговской дифракции. Будут рассмотрены их характеристики пропускания, эффективность дифракции, рабочая полоса частот и другие параметры. [c.393]

Седьмая глава содержит обзор применений синтезированных голограмм в качестве элемептов оптических систем обработки сигналов. [c.5]

Максимальная глубина модуляции света (измеряется в процентах) и высокое отношение сигнал-шум, называемое также контрастным отношением или оптическим контрастом (измеряется в децибелах или численных отношениях, приведенных к единице). Для большинства задач цифровой обработки сигналов достаточно обеспечить контрастное отношение 20 -., 100, при обработке аналоговых сигналов и изображений требования гораздо выше — максимальный контраст должен быть порядка 100. .. 1000. или не хуже 20 децибел. [c.13]

Под оптической обработкой информации мы понимаем обработку изображений, сигналов и вычисления выполнение операций линейной алгебры, цифровые вычисления), реализуемые в соответствующих оптических и оптико-электронных системах. Безусловно, оптические запоминающие устройства и устройства [c.260]

С точки зрения архитектуры и областей применения оптические системы обработки сигналов, как мы увидим далее, сильно отличаются от систем обработки изображений, рассмотренных выще. Основной задачей оптических систем обработки сигналов является извлечение большого количества всевозможной информации из анализируемого сигнала в присутствии шумов и помех. Ниже указаны основные виды информации при обработке сигналов вместе с предполагаемыми операциями обработки, позволяющими ее извлечь. [c.291]

В соответствии с этим любое когерентное оптическое устройство обработки информации, независимо от своего назначения и природы подлежащих обработке сигналов, должно состоять из трех основных функциональных узлов устройства ввода информации, аналогового оптического вычислительного устройства и устройства вывода информации (рис. 6.1.1). ОКГ является источником когерентного излучения требуемой интенсивности. Рас- [c.199]

Основными операциями обработки изображений являются операции спектрального и корреляционного анализа и пространственной фильтрации. Реализация этих операций базируется на свойстве линзы осуществлять двумерное фурье преобразование над когерентным оптическим сигналом и возможности синтезировать комплексные фильтры голографическим методом. Поэтому следующий параграф посвящен анализу оптического фурье-преобразования, а вопросы собственно оптической обработки изображений будут рассмотрены в гл. 7. [c.204]

Преобразование Фурье широко используется в когерентной оптической обработке информации и применяется повсюду, где требуются частотный анализ, фильтрация, корреляция и распознавание сигналов. При определенных условиях [14, гл. 4] свойства когерентной оптической системы естественным образом описываются оператором фурье-образа, что в общем случае представляет собой двумерное преобразование Фурье. [c.27]

Пространственная оптическая фильтрация позволяет осуи ест-вить некоторые виды обработки сигналов, в частности распознавание образов. В основном рассматриваются две задачи распознавания 1) распознавание сигнала в серии последовательно поступающих сигналов 2) идентификация сигнала среди других сигналов (шума), одновременно поступающих на вход системы. [c.182]

В настоящее время представляет большой интерес приложение оптических методов к обработке сигналов и вычислительным задачам. Скорость и параллельность обработки массивов данных, характерные для оптических методов, могли бы обеспечить значительное продвижение во многих задачах, требующих интенсивных вычислений. Поскольку системы, выполняющие оптическую обработку сигналов или оптические вычисления , часто являются частью больших и в принципе электронных систем, то для обозначения этой конкретной области было бы более уместно использовать термин электрооптическая обработка сигналов (ЭООС). Стремительный рост быстродействия электронных устройств, особенно основанных на ОаАз-полевых транзисторах, обеспечивает возможность объединения электронных и оптических процессоров для выполнения специальных сложных операций с недостижимыми ранее скоростями. Основными элементами, необходимыми для объединения электронной и оптической частей гибридного процессора, являются интерфейсные компоненты, соединяющие электронную и оптическую части. Именно в этой части технология создания ПЗС-приборов наиболее приспособлена для создания таких процессоров. [c.76]

Оптические вычисления, под которыми подразумевают выполняемые оптическими методами операции с дискретными числовыми данными, являются новинкой в долгой истории развития оптической обработки сигналов. Утверждения о том, что оптические методы могут успешно конкурировать и теоретически превзойти по своим возможностям электронные методы обработки данных, впервые привлекли серьезное внимание в середине 1970-х гг. [I, 2], а в последнее время в этом направлении возник настоящий шквал публикаций. Сначала может показаться, что электромагнитные поля оптического диапазона непригодны для реализации цифровой логики, так как они распространяются линейным и непрерывным образом, в то время как поток электронов в цепи может быть просто преобразован в дискретные двоичные уровни. Одпако имеются три свойства оптики, которые делают ее привлекательной для цифровых вычислений. Первое — это широкая полоса частот оптических источников, которая может для полупроводниковых лазеров достигать гигагерц. Второе — это широкая полоса пространственных частот. Двумерная оптическая система может иметь крайне большое число элементов, разрешающих изображение, каждый из которых можно рассматривать как отдельный канал связи, а все они параллельно передают сигнал в одной и той же системе. В случае пекогерентного освещения все разрешающие ячейки оптической системы являются взаимно независимыми. При освещении когерентным светом каналы являются связанными между собой, что приводит к исключительно высокой степени организации межэлементных соединений. Третьей, относящейся к оптическим соединениям, характеристикой является отсутствие интерференции при распространении сигналов, что иногда описывают как возможность пересечения оптических проводов . Два оптических поля могут распространяться друг через друга, не оказывая взаимного влияния. Эти [c.182]

Р. используется для исследования удалённых объектов. Небольшая подвижная антенна принимает сигналы от перемещающегося объекта, к-рые записываются в виде радиоголограммы, Радноголограмма преобразуется в оптич. модель, реконструкция изображения даёт детальную информацию об объекте. Метод радиолокатора с синтезируемой апертурой был использован на Аполлоне-17 при облете Луны ( 1, = 60, 20 и 2 м) он применяется при исследовании методом голографирования вращающейся планеты, перемещающейся относительно Земли (изображение Венеры в радиоволнах). Р. используется также для получения изображе-ння объектов, скрытых оптически непрозрачными средами, для определения расположения отражающих участков тропосферы, для обработки сигналов больших антенных решёток и мвогоэлементных облучателей (космич. связь и навигация), радиосигналов (сжатие радяолокац. импульсов) в др. [c.215]

Легальные поставки продукции ведущих мировых производителей со склада в Москве и на заказ - оптроны, светоизлучающие диоды, индикаторы, датчики, волоконно-оптические линии связи, ВЧ- и СВЧ-электроника, полупроводниковые лазеры видимого и инфракрасного диапазонов, микросхемы управления и обработки сигналов, фотоприемные устройства, ПЗС-линейки и ПЗС мэтрицы с различным количеством элементов, силовая электроника, аналоговая электроника, компараторы, ЦАП, АЦП любой разрядности, стабилитро- [c.222]

Синтезу оптимальных приемных устройств оптического диапазона и оценке их эффективности посвящен ряд работ. Так, в 141] Получен алгоритм действия оптического приемника при приеме дискретномодулированных по интенсивности сигналов найдено, что оптимальными сигналами с точки зрения максимума отношения сигнал/шум являются сигналы с активной и пассивной паузой. В (44] с некоторыми модификациями решались те же вопросы, что и в [41]. В [21] рассматривался вопрос оптимального разрешения некогерентных сигналов оптического диапазона эта работа тесно связана с обнаружением точечных источников на фоне местности. Недостатком указанных работ является то, что статистические распределения сигнальных и шумовых фотонов задаются априорно, без строгого обоснования. Этого недостатка лишены работы [65, 90], где с квантовых позиций осуществляется подход к решению задач обнаружения и приема сигналов этот подход позволяет определить потенциальные возможности обнаружения и выделения лазерных сигналов, осуществить синтез систем, реализующих эти возможности, найти предельную чувствительность и точность приборов. Методам оценки эффективности и оптимизации локационных систем посвящены работы [23, 24]. Анализ дискретных информационных систем оптического диапазона проводится в [42, 43, 45, 46, 47, 62, 67, 99, 101, 102, 103, 105, 106, 107], где также приведены оценки эффективности этих систем. Однако основополагающими работами в области статистической теории обнаружения и приема оптических сигналов следует считать работы К. Хелстрома [19, 20], где строго с квантовых позиций рассмотрен широкий круг интересных вопросов, введен оператор обнаружения и найден ряд аналитических выражений, позволяющих найти алгоритм обработки сигналов и произвести оценку эффективности систем. Отметим, что указанные работы носят характер журнальных статей и перечень их довольно скромен. Совершенно очевидно, что исследования в области создания статистической теории должны быть значительно расширены. [c.14]

При проектировании систем локации и связи для инженера-про-ектировщика представляет интерес принципиальная сторона вопроса, а именно необходимо определить оптимальные алгоритмы обработки сигналов и найти рабочие характеристики методов обнаружения излучения ОКГ в условиях тепловых, пуассоновских или каких-либо других типов шумов. Имея в своем распоряжении рабочие характеристики методов приема, инженер-проектировщик всегда сможет в зависимости от типа оптической приемной системы оценцть ее эффективность с точки зрения помехоустойчивое приема, проанализировать алгоритм и построить структуру оптимального приемника, произвести сравнительный анализ оптимальных и субоптимальных приемных систем (последние при несущественном ухудшении эффективности приема могут обладать значительными конструктивными преимуществами, в частности — простотой технического решения и минимальным числом составных элементов). [c.53]

Акустооптика изучает взаимодействие оптических волн с акустическими в различных веществах. Возможность такого взаимодействия впервые предсказал Бриллюэн в 1922 г., а затем ее экспериментально проверили в 1932 г. Дебай и Сиарс в США и Люка и Бигар во Франции. При взаимодействии света со звуковыми волнами наиболее интересное явление представляет собой дифракция света на акустических возмущениях среды. При распространении звука в среде возникает соответствующее поле напряжений. Эти напряжения приводят к изменению показателя преломления. Такое явление называется фотоупругим эффектом. Поле напряжений для плоской акустической волны является периодической функцией координат. Поскольку показатель преломления среды претерпевает периодическое возмущение, возникает явление брэгговской связи, как показано в гл. 6. Акустооптическое взаимодействие является удобным способом анализа звуковых полей в твердых телах и управления лазерным излучением. Модуляция света при акустооптическом взаимодействии находит многочисленные применения, в том числе в модуляторах света, дефлекторах, устройствах обработки сигналов, перестраиваемых фильтрах и анализаторах спектра. Некоторые из этих устройств мы рассмотрим в следующей главе. [c.343]

В традиционном спектральном анализе используется гетеродинное сканирование сигнала от узкополосного частотноизбирательного фильтра при этом информация о различных спектральных составляющих поступает последовательно и слишком медленно для многих практических применений. Использование для спектрального анализа акустооптического взаимодействия позволяет обрабатывать сигналы параллельно и получать все спектральные составляющие одновременно в оптическом виде. Эти методы играют важную роль для обработки сигналов в радарах. [c.431]

Непрерывно накачиваемые твердотельные лазеры с активной синхронизацией мод. другим принципиально важным для фемтосекундной оптики классом задаюш,их генераторов являются непрерывно накачиваемые твердотельные генераторы с активной синхронизацией мод. Использование квазинепрерывных систем открывает широкие возможности на стадии обработки сигналов работа в режиме накопления, применение техники синхронного усиления, детектирования и т. д. Они генерируют импульсы длительностью 70—100 пс с частотой повторения 82—100 Мгц и средней выходной мош,ностью 7—Ю Вт. Стандартное отклонение флуктуаций выходной мош,ности на основной частоте излучения не превышает 1,5—2 %. Удвоение частоты в кристалле КТР приводит к следуюш,им значениям параметров т =30— 70 ПС, <Р> = 1,5—0,75 Вт, флуктуации мощности на уровне 2—3 %. Импульсы этихУлазеров на основной и удвоенной частотах успешно сжимаются с помош,ью волоконно-оптических компрессоров более чем [c.244]

Только с созданием ПВМС на основе реверсивных материалов и структур стало возможным управляемое внешним сигналом фор. г рованйе и преобразование двумерных массивов оптических сигналов и изображений, что обеспечивало функционирование оптоэлектронных систем и устройств в динамическом режиме, в том числе в реальном масштабе времени, фактически это означает, что ПВМС открывают путь к реализации тех огромных воз-можносгей, которые заложены и оптических методах преобразования и обработки сигналов. [c.10]

Быстродействие переключений, обеспечивающее необходимую скорость ввода-вывода и преобразования всего массива данных. Для большинства применений ПВМС, связанных с преобразованием и обработкой изображений, эта скорость должна быть не хуже, чем телевизионный стандарт 1/25 с для 500X500 разрешимых элементов (соответствующая пропускная способность равна 10 бит/с). При обработке сигналов и оптических вычислениях требуется быстродействие порядка 10 с на переключение отдельного элемента массива. В обоих случаях требования вытекают из необходимости обеспечить пропускную способность оптических каналов большую, нежели электронных. [c.14]

Следует заметить, что специфика оптических систем, в которых обрабатываемые сигналы вводятся я взапмодейсгвуют с помощью акустооптических ПВМС, а также разнообразие решаемых с их помощью задач позволяют определенно выделить акустооптические ПВМС в отдельный класс приборов обработки сигналов Широкого назначения. [c.118]

При использовании ПВМС в схемах оптической обработки ин- формации (сигналов и изображений) желательно, чтобы ПВМС мог взять на себя некоторые функции обработки или предобработки изображений, В этом случае можно было бы упростить схему системы в целом, расширить ее вычислительные возможности или сделачь ее более гибкой, повысить помехоустойчивость, надежность обработки и т. п. [c.234]

Выходные сигналы радиальных сегментов такого фотоприемни-ка инвариантны к масштабу входного объекта и циклически изменяются с его переориентацией. Сигналы же кольцевых элементов фотоприемника инвариантны к повороту объекта, но циклически изменяются с изменением его масштаба. Соответствующая обработка сигналов этого фотоприемника, являющихся спектральными Признаками объекта, дает возможность идентифицировать объект и получить информацию о его масштабе н ориентации. Поскольку амплитуда фурье-образа инвариантна к сдвигу выходного объекта, его положение во входной плоскости не влияет на процесс извлечения признаков. Однако информацию о положении объекта в такой системе можно получить только путем оптического гетеродинирования его фурье-спектра. [c.276]

Несмотря на это, оптические методы обработки изображений еще ие иашли широкого практического примеиеиия (за исключением, пожалуй, обработки сигналов в РЛС с синтезируемой апертурой) и находятся в стадии лабораторяых исследований. Причиной этого является, главным образом, отсутствие в настоящее время необходимой элементной базы для создания оптических устройств обработки изображений, работающих в реальном времени. Прежде всего необходимо отметить, что еще не решена проблема управляемого транспаранта и не налажено промышленное производство других функциональных элементов, необходимых для построения оптических процессоров, конкурентоспособных с существующими электронными устройствами ие только по техническим характеристикам, мо и по стоимости. [c.261]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...