Оптические пространственные фильтры

В первых экспериментах по оптической пространственной фильтрации использовались комбинированные фильтры, состоящие из двух отдельных фильтров чисто амплитудного и чисто фазового [173, 204]. Методы цифровой голографии позволяют синтезировать оптические пространственные фильтры с комплексной функцией пропускания, записанные на одном физическом носителе. [c.142]

Оптические пространственные фильтры [c.42]

Первый подход заключается-просто в обратном проецировании данных, закодированных в изображении 1<(хг, уз), по той же схеме, по которой они были получены. Для выполнения этой операции чаще всего используются некогерентные оптические системы [140]. Входным транспарантом служи регистратор 3 с записанным на нем изображением /(хз, у ), который освещается диффузным некогерентным светом. На расстоянии 212 от транспаранта располагается оптический пространственный фильтр, амплитудное пропускание которого совпадает с пропусканием кодированной апертуры. В области, отстоящей от транспаранта на расстоянии 213, формируется некоторое трехмерное изображение. Так как схема оптического восстановления совпадает со схемой получения кодированного изображения, то можно сказать, что в некотором приближении это трехмерное изображение совпадает с трехмерным суммарным изображением объекта, синтезированным по его двумерным коническим проекциям. Приближение заключается в том. Что обратному проецированию подвергаются не сами конические проекции, а их сумма I хз, уг), которая содержит области перекрытия отдельных проекций. Поэтому эти участки кодированного изображения /(хз, уз) при обратном проецировании будут давать вклад в каждую из обратных проекций, что приводит к искажению суммарного изображения. [c.190]

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]

Схема когерентного оптического анализатора пространственных структур приведена на рис. 24. Предмет располагается в передней фокальной плоскости линзы и освещается параллельным лучом лазера, В ее задней фокальной плоскости при этом формируется спектр Фурье предмета в виде характерной картины ярких точек различного размера, образующих некоторую структуру (в общем случае непериодическую). Пространственный фильтр выполняется в виде прозрачного экрана с набором непрозрачных точек, перекрывающих изображение спектральных компонент эталонного [c.97]

Рис. 5.18. Когерентная оптическая обработка. В оптическом корреляторе для распознавания образа используется согласованный пространственный фильтр (0-объект L-линза Т-преобразование Фурье I-изображение).

Книга посвящена основам теории цифрового представления волновых полей, их преобразованиям, алгоритмам вычисления этих преобра,зований, синтезу и записи голограмм, пространственным фильтрам для оптических систем обработки данных, визуализации информации, методам цифрового восстановления голограмм и интерферограмм, цифровому моделированию голографических процессов. Показано применение методов в оптике, акустике, измерительной технике, при неразрушающем контроле. [c.2]

Л. Синтезированные фильтры для когерентной оптической пространственной фильтрации [c.141]

Еще одним подходом к оптической фильтрации является подход, основанный на использовании обратной оптической связи [17, 178]. Схема фильтрации для зтого случая показана на рис. 7.14. Свет от лазера L, пройдя через коллиматор К, освещает обрабатываемый транспарант М, установленный в передней фокальной плоскости линзы Л , эта линза переносит транспарант в частотную плоскость Т, а линза переносит отфильтрованное изображение в заднюю фокальную плоскость. Обратная оптическая связь вводится с помощью двух полупрозрачных зеркал 3 и 3 , устанавливаемых во входной и выходной плоскости схемы фильтрации, симметрично наклоненными под некоторым углом Э к вертикали. В частотной области Т возникают две отдельные области, в которых устанавливаются пространственные фильтры с пропусканием ( , т]) — передаточная характеристика системы фильтрации с разомкнутой обратной связью (классическая схема фильтрации — рис. 7.1) и ( , т]) — передаточная характеристика цепи обратной связи. Если зеркало 3 закрепить на пьезоэлектрическом датчике, тогда в цепи обратной связи можно вводить произвольную фазу ф. Частотная характеристика всей системы для этого случая имеет вид [c.153]

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]

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]

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]

После того как согласованный пространственный фильтр изготовлен и вновь установлен в плоскости Рз, мы поворачиваем его на 180° вокруг оптической оси. Благодаря этому корреляция будет наблюдаться под углом по отношению к оси объектного [c.554]

Первые работы но цифровой голографрги появились почти сразу же за первыми работами по оптической голографии [152, 210, 93, 94, 15, 66]. Поначалу это были попытки повторения па цифровых моделях оптических схем записи голограмм для получения оптических пространственных фильтров и моделирования годографических процессов. Несколько позднее была поставлена задача визуализации информации с помощью синтезированных голограмм [67, 42, 13], цифрового восстановления акустических и радноголо-грамм [2, 4, 66], измерения диаграмм направленности антенн [8], автоматического анализа ннтерферограмм. В настоящее время цифровая голография складывается в достаточно самостоятельное направление со своими задачами и методами. Цель предлагаемой книги — очертить это направление, обобщить результаты, накопленные к настоящему времени и разбросанные во множестве статей, и дать обзор известных и намечающихся практических применений цифровой голографии. [c.4]

Гьлуб М. А. Исследование характеристик, и реализация когерентно-оптических пространственных фильтров синтезируемых с помощью ЭВМ, Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук (Куйбышев, 1981) [c.48]

Широкий круг проблем оптического неразрушающего контроля, нелинейной оптики, оптической обработки информации подводит к постановке задачи формирования волнового фронта сложной формы с переменным распределением интенсивности по его поверхности. Достаточно упомянуть проблему создания световых реперных знаков или координатной сетки па криволинейных зеркальных или прозрачных поверхностях типа изогнутых лобовых стекол, роговицы иссле уемого офтальмологами глаза и др. Другая важная проблема — формирование волны накачки при обращении волнового фронта, основанное на нелинейных эффектах вынужденного рассеяния либо на 3-4-волновом взаимодействии волн. Интересна также задача создания фазового оптического пространственного фильтра, согласованного с неплоским объектом при распознавании образов. [c.564]

Излагаемый в данном разделе подход к распознаванию изображений ориентирован на когерентно-оптическое вычртс.пение коэффициентов ортогонального разложения с помощью оптических пространственных фильтров, синтезированных на компьютере [1, 7-9] с последующим использованием коэффициентов в цифровой процедуре классификации [10] как набора признаков изображения 11-13 . [c.598]

При компьютерном С1штезе оптических пространственных фильтров, согласованных с РКЛ, важно иметь аналитические представления базисных функций. [c.602]

Голографический способ получения согласованного пространственного фильтра позволяет сохранить фазовую информацию об объекте, с которым он со1ласован (по которому он изготовлен), и резко снизить уровень паразитных световых сигналов. Схема получения голографического согласованного фильтра пространственных частот представлена на рис. 16. В частотной плоскости 2 по-прежнему образуется Фурье-образ транспаранта, помещенного в плоскость /, но в результате интерференции с когерентным фоном, создаваемым с помощью оптического клина К, в частотной плоскости 2 образуется голограмма, которая, как уже отмечалось, называется голограммой Фурье. [c.52]

Голограмма Фурье является оптимальным пространственным фильтром. Такой фильтр обладает свойством распознавать тот транспарант, с которого фильтр был изготовлен, создавая в плоскости изображения яркие точки — оптические сигналы опознавания. Для этого транспарант помещают в фокальную плоскость линзы Л слева (плоскость /, см. рис. 16), а по дру1 ую сторону линзы, также в фокальной плоскости (частотная плоскость 2) устанавливают голографический пространственный фильтр какой-либо его части. Если теперь транспарант осветить когерентным светом, то в середине фокальной плоскости. ( линзы Л2 (за счет нулевого порядка) можно по-прежнему. 52 [c.52]

Голографические пространственные фильтры используют в голографических устройствах распознавания образов и в устройствах оптической обработки информации. Этот метод опознавания тем надежнее, чем сложнее объект, который надо распознават . [c.53]

На рис. 25 показана схема согласованной оптической фильтрации. В этом случае роль пространственного фильтра выполняет Фурье-голограмма эталонного объекта, схема получения которой понятна из чертежа. Отличие структуры контролируемого объекта от эталона приводит к изменению сигнала фотоприемника, показания которого пропорциональны степени корреляции исходного и текущего изображений. Схема эффективна для технологического контроля печатных плат. Вначале получают голограл мы платы в нормальных условиях, а затем платы нагревают (или охлаждают) изме- [c.97]

С другой стороны, лазерный резонатор является, в общем случае, сложной оптической системой. В ее состав входят по меньшей мере два зеркала, имеюиллх чаще всего сферические поверхности. Между зеркалами находится активная среда, показатель преломления которой может сильно отличаться от единицы. Там же устанавливаются, в случае необходимости, поляризаторы, затворы, пространственные фильтры и т.п. Таким образом, уже на этапе рассмотрения идеальных резонаторов (зеркала правильно отъюстированы, среда однородна) возникает специфическая задача анализа эволюции волновых фронтов хотя в безаберрационных, но зато многоэлементных системах. [c.7]

Необходимо сказать несколько слов по поводу записи согласованного пространственного фильтра (СПф), устанавливаемого в плоскости Ро. Для этого в плоскости Р) помещается эталонный объект у) и его фурье-образ Я регистрируется в плоскости Р2 совместно с плоской опорной волной для регистрации используется фотопленка или ПВМС). Хорошо известно, что результирующее пропускание в плоскости Pi (после соответствующего преобразования распределения интенсивностей в амплитудное иропус-кание) содержит четыре компоненты, одна нз которых пропорциональна Н". Эти компоненты имеют различные несущие пространственные частоты. Таким образом, для выделения требуемой компоненты Я вторая часть оптической схемы (справа От Рз) должна быть отклонена от оси на некоторый угол, как показано на рис, 5.8. Такое расположение элементов схемы позволяет снизить требования ко второму фурье-объективу и эффективно выделить требуемую компоненту светового поля, исхо-дяшего из плоскости Р . Несущая частота опти1[еского сигнала, записываемого в плоскости Рг, должна в несколько раз превы-шать диапазон пространственных частот эталонного изображения. Кроме того, практические соображения часто диктуют необходимость еще больших углов отклонения света, выходящего из плоскости Pi, с тем чтобы он не попадал на некоторые другие оптические элементы системы. [c.269]

Необходимы также плоскопараллельные пластины, плоские отражающие и полупрозрачные зеркала светоделительные кубики и управляемые светоделители разного рода призмы, в том числе поляризационные полуволновые и четвертьволновые фазовые пластинки, оптические амплитудные пространственные фильтры (маски) с различными законами изменения амплитудного пропускания фазовые пространственные фильтры с произвольными законами изменения фазы устройства мультипликации и вращения изображений иммерсионные устройства с большой апертурой и иммерсионные лентопротяжные устройства высококачественные расширители пучка с большой апертурой гибкие световоды, фоконы и другие оптические элементы и устройства. Необходимость работы в когерентном свете предъявляет к материалу оптических элементов и качеству их обработки повышенные требования. [c.223]

Комплексные ПФ синтезируются также с помощью ЦЭВМ. При синтезе пространственных фильтров на ЦЭВМ машину используют для вычисления требуемой комплексной передаточной функции по определенной программе и отображения результатов вычислений в виде полутоновой или бинарной записи на выводном устройстве, т. е. в качестве устройства, формирующего требуемое пространственное распределение интенсивности. Для получения собственно оптического фильтра полученное распределение фотографируют с требуемым коэффициентом уменьшения и соблюдением мер, предотвращающих появление дополнительных погрешностей, вносимых фотопроцессом. [c.230]

ЦЭВМ используется как при изготовлении фильтров по прямому оптическому методу, так и при голографическом методе регистрации. В первом случае на машине синтезируют световые распределения, необходимые для изготовления амплитудных и фазовых масок, получаемых после отбеливания. (Синтез амплитудных масок на ЦЭВМ обеспечивает возможность изготовления весьма сложных пространственных фильтров с высокой точностью и идентичностью характеристик. В ряде случаев машинный синтез является единственным способом создания сложных оптических пространственных фильт- [c.230]

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]

Результаты исследований в области голографии огромны и разнообразны. И все же следует отметить некоторые из них, играющие особую роль. В частности, большое значение имеет использование голограмм Фурье в роли комплексных пространственных фильтров, что само по себе уже является значительным достижением в области пространственной фильтрации. Различные типы таких фильтров были разработаны в начале 60-х годов для разнообразных применений, особенно для оптической обработки радиолокационных данных. Однако в настоящее время наибольшее распространение получил фильтр, разработанный Вандер Люгтом [35] для обработки изображений. [c.22]

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]

Один из способов, который позволил бы нам понять сущность голограмм Фурье,— это использование свойства линз производить преобразование Фурье это свойство линз является весьма важным для понимания операций пространственной фильтрации в оптических процессорах, использующих неголографические пространственные фильтры, однако оно играет незначительную роль при объяснении свойств голограмм Фурье. Поэтому мы используем иной подход к голографии Фурье, в котором линзы (если они используются) выполняют лишь свою обычную функцию отображения пространства объекта в пространство изображения. Можно показать, что любая голограмма Фурье представляет собой частный случай безлин-зовой голограммы Фурье, на которой записан объект, освещенный неколлимированным светом. [c.179]

В наиболее распространенной схеме оптического коррелятора операция корреляции осуществляется перемножением фурье-об-разов входной и эталонной функций с последующим преобразованием Фурье полученного произведения. При этом эталонная функция записывается в виде своего комплексно-сопряженного фурье-образа. Поскольку эталонная функция помещается в частотной плоскости коррелятора, она по существу является пространственным фильтром. Амплитудное пропускание записанной эталонной функции в общем случае имеет комплексный характер и, следовательно, подобно амплитудному пропусканию голограммы (см. гл. 1). Однако цель пространственного фильтра-голограммы состоит в определении соответствия (согласования) между входным образом (или его частью) и эталонной функцией (а не в формировании эстетически приятного изображения на выходе, как в голографии). Таким образом, комплексный эталонный фурье-образ, расположенный в частотной плоскости, можно назвать согласован- [c.551]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...