3.5.2. Преобразования над цифровыми и аналоговыми картинами

В качестве оптических элементов Т и могут использоваться ячейки матричных оптических транспарантов, управляемых либо оптически, либо электрически. Важно, что при помощи транспарантов можно производить обработку информации сразу по многим каналам параллельно, т. е. выполнять преобразования над картинами. Одна из возможных схем предназначенного для этого оптического процессора (вычислителя) представлена на рис. 3.12.

Подпись: Рис.3.12. Структурная схема оптического процессора для 
выполнения  операций   над  изображениями

Коллимированный пучок света Фупр направляют на ОУТ, работающий на отражение и фиксирующий результат вычислений. В схему считывания ОУТ (при помощи пучка Ф0) входят скрещенные поляризатор П и анализатор А, так что при отсутствии управляющего оптического сигнала Фупр на входе интенсивность света на выходе (Фвых) также равна нулю. Этот транспарант должен обладать памятью и, кроме того, позволять за счет изменения режима питания U преобразовывать позитивное изображение в негативное и наоборот (см. § 3.3). На пути пучка Фупр помещен работающий на просвет транспарант Т, предназначенный для формирования нужных картин и проецирования их на ОУТ.

Запишем на ОУТ заданное транспарантом Т изображение, а затем, не снимая напряжения U, другое изображение. При считывании окажутся светлыми те места ОУТ, на которые попал управляющий сигнал при проецировании первого, второго, либо того и другого изображений. Очевидно, что таким образом производится операция сложения изображений (картин). Операцию умножения картин можно осуществить, если на пути пучка Фупр за транспарантом Т (или перед ним) поместить еще один транспарант Т'. Если транспарантами Т и Т' задать нужные картины, то при их одновременной записи на ОУТ свет попадет только в те его места; против которых прозрачны как Т, так и Т', что и требуется для операции умножения.

Если после записи одного изображения при напряжении U записать другое изображение при напряжении — U (используя один транспарант Т), то произойдет взаимное стирание сигналов в тех местах ОУТ, на которые попал свет при проецировании как одного, так и другого изображений. При считывании (U=0) на выходе сигнал будет присутствовать только в тех местах, на которых свет в одном изображении присутствовал, а в другом нет, или же наоборот. Такому преобразованию соответствует операция вычитания картин.

Изменяя последовательность записи, режим питания ОУТ при записи и считывании, можно выполнять и многие другие преобразования над изображениями. Если, например, из картины, содержащей множество элементов, вычесть такую же, но отличающуюся отсутствием или наличием некоторых новых деталей, то на результирующем изображении те и другие будут представлены светлыми местами на черном фоне. Часто такие «лишние» или «отсутствующие» детали удобнее наблюдать на фоне слабого, малоконтрастного изображения исходной картины, что довольно просто осуществить, вводя при записи одной из картин однородную подсветку всего ОУТ подходящей интенсивности, т. е. вводя так называемое оптическое смещение. Этот прием можно использовать и для устранения фона, если таковой имеется в какой-либо картине (например, вуаль на фотографии). Для этого нужную картину записывают на ОУТ при напряжении U, а затем при напряжении U производят запись равномерной засветки. При определенной экспозиции засветки фон в результирующей картине исчезнет (разумеется, если фон и засветка строго равномерны).

При помощи процессора, схема которого изображена на рис. 3.12, можно производить пространственное дифференцирование изображений. Для этого нужно записать на ОУТ исходное изображение, а затем вычесть из него изображение той же картины, но несколько сдвинутое или расфокусированное. При этом на результирующей картине на черном фоне будут изображены не сами объекты, а их контуры. Вводя оптическое смещение, можно одновременно наблюдать малоконтрастное изображение исходной картины, детали которой окаймлены светлыми линиями. Польза от такого преобразования становится очевидной, если производить пространственное дифференцирование не цифровой картины, а полутонового изображения. В этом случае на выходе ОУТ черные места останутся черными, белые также станут черными, а проявятся только те места, которые соответствуют наибольшему градиенту освещенности. При помощи такого аналогового преобразования, следовательно, на отображенном объекте можно выделить трудно различимые мелкие детали.

Важные прикладные аспекты имеет использование и других операций над изображениями. Операция умножения, например, может эффективно использоваться для ослабления влияния на изображение мешающих помех. Для этого на транспарантах Т и Т' (рис.3.12) формируются два изображения одного и того же объекта. Если эти изображения содержат случайные помехи (некоррелированный шум), то, производя умножение изображений, т. е. пропуская пучок света последовательно через транспаранты Т и Т' и записывая результирующую картину на ОУТ, на его выходе получают изображение с увеличением соотношения сигнал/шум по сравнению с изображениями на Т и Т'. Некоторые помехи все же пройдут на выход, но только те, пространственное положение которых на транспарантах Т и Т' случайно совпадет.

Введение в оптоэлектронику


*****
© Банк лекций Siblec.ru
Формальные, технические, естественные, общественные, гуманитарные, и другие науки.