14.4. Пространственная фильтрация оптических сигналов

В рассмотренном преобразовании Фурье изображение предмета формируется в две стадии: вначале в фокальной плоскости первой линзы возникает дифракционное изображение (пространственный спектр) предмета, а затем в фокальной плоскости второй линзы - действительное изображение предмета. Очевидно, что вся информация, содержащаяся в изображении, имеется и в дифракционной картине и если как-то изменить последнюю, например, экранировать часть максимумов, то соответственно изменится и изображение. Процесс изменения изображения предмета путем изменения дифракционной картины называется пространственной фильтрацией изображения. Световая волна, прошедшая через решетку, модулирована по интенсивности и поэтому является оптическим пространственным сигналом. Следовательно, процесс пространственной фильтрации изображения является в то же время и процессом фильтрации оптического пространственного сигнала.

Покажем теперь, как фильтруется сигнал, представляющий собой функцию двух переменных.

П усть в качестве транспаранта во входной плоскости Z₁ схемы оптического преобразования Фурье (рис. 14.4) используется сетка - двухмерная решетка. Ее можно рассматривать как совокупность двух решеток, у одной из которых штрихи расположены горизонтально, а у другой - вертикально. Пространственный спектр такой решетки, образующийся в плоскости Z₂, показан на рис. 14.5, а.

Если в плоскости фильтрации Z₂ ничего нет, то в выходной плоскости Z₃ возникает перевернутое изображение решетки, находящейся во входной плоскости Z₁. Если в плоскости Z₂ помещен фильтр в виде узкой горизонтальной щели, то в плоскости Z₃ воспроизводится решетка с вертикально расположенными штрихами (рис. 14.5,б). Если фильтр в виде узкой вертикальной щели, то на выходе будет изображение решетки с горизонтальными штрихами (рис. 14.5,в).

Суть пространственной фильтрации заключается в том, что изображение изменяется не за счет непосредственного воздействия на него, а в результате воздействия на распределение амплитуд в дифракционной картине, из которой далее синтезируется изображение. При этом, создав пространственный фильтр, который необходимым образом изменяет проходящую через него волну, и, поместив его в той плоскости, где образуется дифракционная картина, можно изменять пространственный оптический сигнал.

Принцип фильтрации лежит в основе действия различных оптических процессоров. На рис. 14.6 приведена схема устройства с таким процессором.

В ходной преобразователь 1 вводит в процессор 2 данные (сигнал U_с) в виде пространственно модулированного светового пучка. На процессор могут подаваться сигналы управления U_у. Стоящий на выходе процессора преобразователь 3 принимает соответствующие оптические сигналы и преобразует их в такие, которые воспринимаются оператором или исполнительным механизмом. Оптический процессор представляет собой набор различных оптических элементов - линз, диафрагм, решеток, зеркал, голограмм. Результаты оптической обработки информации могут фиксироваться в виде фотографического изображения либо голограммы, записанной на фотоматериале или на другом носителе.