SU902035A1

SU902035A1 - Optical correlator

Info

Publication number: SU902035A1
Application number: SU802938781A
Authority: SU
Inventors: Анатолий Яковлевич Паринский; Юрий Александрович Покровский; Владимир Михайлович Лискин
Original assignee: Тульский Политехнический Институт
Priority date: 1980-06-06
Filing date: 1980-06-06
Publication date: 1982-01-30

Description

(54) ОПТИЧЕСКИЙ КОРРЕЛЯТОР(54) OPTICAL CORRELATOR

1one

Изобретение относитс к вычислительной технике и приборостроению, в частности к аппаратурным средствам коррел ционного анализа изображений, и.может быть использовано дл применени в тех отрасл х науки и техники , где ставитс задача определени взаимного соответстви двух изображений , например, в системах распознавани образов, оптических процессорах .The invention relates to computing and instrumentation, in particular to instrumental means of image correlation analysis, and can be used for use in those branches of science and technology where the task is to determine the mutual correspondence of two images, for example, in image recognition systems, optical processors.

Известный оптический коррел тор содержит последовательно расположенные источник света, объектив, исследуемое и эталонное изображение в виде фотодиапозитивов, фотоприемник , фотокатод которого совмещен с плоскостью коррел ционного пол Ц .The known optical correlator contains successively located light sources, a lens, a test image and a reference image in the form of photodiapositives, a photodetector whose photocathode is aligned with the plane of the correlation field C.

Однако в св зи с большими затратами времени на изготовление фотодиапозитивов текуиих изображений и наличием электромеханических устройств смены диапозитивов изображе11И11 существующие оптические корре- л торы не позвол ют выполн ть оперативный коррел ционный анализ в реальном времени.However, due to the time spent on making photodiapositives of current images and the presence of electromechanical slide changers in images 1111, the existing optical correlators do not allow real-time correlation analysis to be performed in real time.

Наиболее близким к предлагаемому вл етс устройство оптической обработки некогерентных изображений с последукщим преобразованием в когерентное на основе управл емых транспарантов (УТ) . то устройство со10 держит расположенные на одной оси УТ рефлекторного типа с оптической адресацией дл записи теку1цего изображени и эталонного изображени в виде записи пространственно-ча15 стотного спектра, анализатор коррел ционного пол в виде телевизионной камеры н видиконе или приборе с зар довой Св зью, а также лазер с оптической системой и п:)л ризационным The closest to the present invention is a device for optical processing of incoherent images with subsequent conversion into coherent based on controlled transparencies (UT). This device contains on the same axis UT reflex type with optical addressing for recording the current image and the reference image in the form of recording the spatial-frequency spectrum of the high-frequency spectrum, the correlation field analyzer in the form of a television camera on a video or charge device, as well as laser with optical system and n:) l

30 делителем пучка 21.30 beam splitter 21.

Однако чувствительность по отношению к различию сравниваемых изображений ограничена. Это объ сн етс тем, что коррел ци сигналов изобра жений выполн етс в нереэонансной среде. Кроме того, известное устрой ство отличаетс конструктивной слож ностью установки с высокой точностью транспарантов как по оси, так и пер пендикул рно к ней. Неточность юстировки должна быть не более 10 мкм, кроме того отличаетс по масштабу, углу поворота и среднему уровню ркости , что ограничивает возможность использовани известного корелл тора на подвижных системах. Цель изобретени - повьшение чув ствительности и быстродействи коррел тора по отношению к различию ср ниваемых изображений при одновременном упрощении конструкции увеличени жесткости и обеспечении нормализации текущего изображени по масштабу, углу поворота и средней ркости. Поставленна цель достигаетс тем что в оптический коррел тор содержащий первый и второй объективы, оптические входы которых вл ютс соответствер1но первым и вторым входами коррел тора, выходы объективов оптически св заны со входами соответственно первого и второго электроннооптических преобразователей с катушками фокусировки и переноса и(рображени , на выходных плоскост х электронно-оптических преобразователей установлены управл емые рефлекторного типа транспаранты соответственно текущего и эталонного изображени , фотоприемник, электрический выход которого соединен со входом блока вьщелени максимума, выход которого подключен к первому входу компаратора, второй вход которого со динен с источником измен емого напр жени , введены равносторонний треугольный резонатор, блок автомати ческой регулировки входного сигнала и неуправл емый рефлектор, совмещенный с фотослоем фотоприемника, размещенный в одной из вершин резонатора , в двух других вершинах которого установлены управл емые транспаранты , выход компаратора через блок автоматической регулировки входного сигнала соединен со входом катушки фокусировки и переноса изображени первого электронно-оптического преобразовател . Равносторонний треугольный резонатор выполнен в виде монолитного блока из диэлектрика с притертыми управл емыми транспарантами и не управл емым зеркалом. На чертеже представлено устройство , общий вид. Устройство содержит многомодовый равносторонний треугольный резонатор с активной средой, выполненный в виде монолитного блока 1 из диэлектрика , например кварца, два отражател которого представл ют управл емые транспаранты рефлекторного типа соответственно текущего - 2 и эталонного - 3 изображений из светомодулирующего материала, обладающего электронной чувствительностью. Эталонное изображение проецируетс с помощью оптической системы на фотокатод 4 электронно-оптического преобразовател (зон), На баллоне ЭОПа эталонного изображени размещень фокусирующие катушки и катушки 5 переноса. С неуправл емым рефлектором 6 совмещен фоточувствительный слой фотоприемника 7, выход которого соединен с блоком 8 выделени максимума, соединенного с компаратором 9, электрически св занного с блоком 10 автоматической регулировки входного сигнала . Сигнал с блока 10 подаетс на катушки 11 фокусировки переноса изображени второго ЭОПа, на фотокатод 12 которого поступает сигнал текущего изображени . При проецировании эталонного и текущего изображений на соответствующие фотокатоды ЭОПа и переносе их на управл емые транспаранты 2 и 3 (рефлекторы) в плечах многомодово- . го активного резонатора возбуждаютс пол , распределение которых повтор ет пространственную форму коэффициента отражени соответствукнцих рефлекторов. В гшоскости третьего рефлектора 6 (плоскости фоточувствительного сло фотоприемника анализатора ) имеет место интерференци полей текущего, и эталонного изображений . Если область интерференции. в плоскости фотосло приемника имеет пр моугольную форму со сторонами 2 а и 2j, то общее выражение дл тока анализатора коррел ционного сло имеет вид 1 I PE,(x,5f)E,C(x.|U3-Hina.cij, где I и - параметры различи текущего изображени относительно эталонного. в блоке 8 вычисл етс максимум коррел ционной функции и сравниваетс с пороговым уровнем. При превышении порогового уровн на выход выдаетс решение об идентификации текущего изображени эталонному. Если сигнал коррел ции меньше поро гового уровн , то вьщаетс решение на блок 10 по масштабу, углу повор та и средней ркости. Повьапение чувствительности пред лагаемого коррел тора к различию изображений обусловлено резонансным свойством устройства. Можно показать, что вьшгрьш по чувствительности по сравнению с из вестными составит К раз Q где добротность резонатора ЛУд длина волны генерации активного резонатора (лазера); L- длина контура резонато - потери на рефлекторах резонатора за один про ход. Открытые резонаторы кольцевого типа с общей суммой потерь в конту пор дка двух-трех процентов имеют добротность пор дка 10 -10. .При Q 3-10, L 500 мм, X 0,5 мкм, 6 0,02 выигрыш, К 100. Таким образом, предлагаема кон струкци обеспечива ет выигрьиа на 2 пор дка в чувствительности. Выполнение открытого резонатора с активной средой в виде монолитно го блока обеспечивает жесткость устройства в услови х работы на по вижных объектах. Кроме того, натшчие блока автоматической регулиров ки входного сигнала расшир ет возм ности применени коррел тора при анализе в реальном времени, что по вьш1ает в .конечном счете быстродействие устройства.However, the sensitivity with respect to the difference of the compared images is limited. This is due to the fact that the correlation of image signals is performed in a non-resonance medium. In addition, the known device is characterized by the structural complexity of the installation with high accuracy of the banners both axially and perpendicularly to it. The adjustment inaccuracy should be no more than 10 microns, besides it differs in scale, angle of rotation and average brightness level, which limits the possibility of using the known correlator on moving systems. The purpose of the invention is to increase the sensitivity and speed of the correlator with respect to the difference between the images being rendered, while at the same time simplifying the construction of the increase in stiffness and ensuring the normalization of the current image in scale, angle of rotation and average brightness. This goal is achieved by the fact that the optical correlator containing the first and second lenses, whose optical inputs are corresponding to the first and second inputs of the correlator, the outputs of the lenses are optically connected to the inputs of the first and second electron-optical converters with focus and transfer coils and (imaging, On the output planes of the electron-optical converters, controlled reflex-type transparencies are installed, respectively, of the current and reference image, photo The receiver, the electrical output of which is connected to the input of the maximum output unit, the output of which is connected to the first input of the comparator, the second input of which is connected to the variable voltage source, introduced an equilateral triangular resonator, an automatic adjustment of the input signal and an uncontrolled reflector combined with a photo-detector of the photodetector, placed at one of the vertices of the resonator, in the other two vertices of which controllable transparencies are installed, the output of the comparator through the automatic adjustment unit The input signal is connected to the input of the focusing coil and the transfer of the image of the first electron-optical converter. An equilateral triangular resonator is made as a monolithic block of a dielectric with ground controlled transparencies and an uncontrolled mirror. The drawing shows the device, General view. The device contains a multimode equilateral triangular resonator with an active medium, made in the form of a monolithic block 1 made of a dielectric, for example quartz, two reflectors of which represent controlled reflex transparency plates of the current, respectively, 2 and reference, 3 images of a light-modulating material with electronic sensitivity. The reference image is projected using the optical system on the photocathode 4 of the electron-optical converter (zones). The focusing coils and transfer coils 5 are placed on the EOP of the reference image. A photosensitive layer of a photodetector 7 is combined with an uncontrolled reflector 6, the output of which is connected to a maximum extraction unit 8 connected to a comparator 9 electrically connected to the unit 10 for automatic adjustment of the input signal. The signal from block 10 is fed to the focus transfer coils 11 of the second image intensifier, on the photocathode 12 of which the current image signal is fed. When projecting the reference and current images onto the corresponding photo image cathodes of the image tube, and transferring them to controllable transparencies 2 and 3 (reflectors) in the arms, it is multimode. The active resonator excites the fields, the distribution of which repeats the spatial form of the reflection coefficient of the corresponding reflectors. In the plane of the third reflector 6 (the plane of the photosensitive layer of the photodetector of the analyzer) the interference of the fields of the current and reference images takes place. If the area of interference. in the plane of the photoflora of the receiver has a rectangular shape with sides 2a and 2j, then the general expression for the current of the correlation layer analyzer is 1 I PE, (x, 5f) E, C (x. | U3-Hina.cij, where I and - parameters of the difference of the current image relative to the reference. In block 8, the maximum of the correlation function is calculated and compared with the threshold level.When the threshold level is exceeded, an output is made for the identification of the current image of the reference one.If the correlation signal is less than the threshold level, the solution is on block 10 in scale, angle n the sensitivity and sensitivity of the proposed correlator to the difference in images is due to the resonance property of the device. It can be shown that the sensitivity in comparison with the known values will be K times Q where the quality factor of the resonator LDU is the generation wavelength of the active resonator (laser); L - length of the resonator circuit - losses on the resonator reflectors in one pass.Open resonators of the ring type with a total amount of losses in the circuit in the order of two to three percent have a quality factor of about 10 -10. . With Q 3-10, L 500 mm, X 0.5 μm, 6 0.02 gain, K 100. Thus, the proposed design provides a gain of 2 times in sensitivity. The implementation of an open resonator with an active medium in the form of a monolithic block ensures the rigidity of the device in the conditions of operation of mobile objects. In addition, the automatic input control unit extends the capabilities of using the correlator in real-time analysis, which ultimately results in device performance.

Claims

1. Optical correlator containing the first and second lenses, op2 Transmission and processing of information by holographic methods. Ed. S.B. 1Urevicha. M., Soviet Radio, 1978, p. 203 (prototype). 56, which are the first and second inputs of the correlator, respectively, and the outputs of the lenses are optically coupled to the inputs of the first and second electro-optical converters with focus and transfer coils, respectively. images, on the output planes of the electron-optical converters, controlled reflex-type transparencies, respectively, of the current and reference images are installed, a photodetector, the electrical output of which is connected to the input of the maximum extraction unit, the output of which is connected to the first input of the comparator, the second input of which is connected to variable voltage source, characterized in that, in order to increase sensitivity and speed, an equilateral triangular re is inserted into the optical correlator a zonator, an automatic input control unit and an uncontrolled reflector combined with a photo detector photo layer, placed at one of the vertices of the resonator, in two other vertices of which controllable transparencies are installed, the comparator output is connected to the input of the focusing and image transfer coil via the automatic input adjustment unit the first electron-optical converter.

2. A correlator according to claim 1, characterized in that the equilateral triangular resonator is made in the form of a monolithic block of dielectric with ground-in controllable transparencies and an uncontrolled mirror. Sources of information taken into account during the examination 1. Zhovinsky V.N. and Arkhovsky V.F. Correlation devices. M., Ener1974, p. 284.