Патент на изобретение №2300144

(54) УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ДЛЯ РАДИАЛЬНОГО И УГЛОВОГО ИЛИ С ПРИРАЩЕНИЕМ УГЛА АНАЛИЗА ИЗОБРАЖЕНИЙ ПРИМЕНИТЕЛЬНО К СОДЕРЖАНИЮ ФОРМЫ И СОГЛАСОВАНИЮ

(57) Реферат:

Изобретение относится к пространственным модуляторам света, конкретнее к пространственному модулятору света с радиально ориентированными активными секторами модуляции света для радиального и углового анализа пучков света, включая оптические образы преобразования Фурье (ПФ), определения характеристик, поиска, согласования или идентификации содержания формы изображений. Технический результат заключается в повышении разрешения пространственной частоты изображения по каждому угловому направлению. Сегментированный радиальный пространственный модулятор света имеет активную оптическую область, содержащую множество вытянутых радиально активных оптических секторов модулятора, расположенных на различных угловых направлениях по отношению к центральной оси. Упомянутый модулятор света используют при отделении и локализации частей оптических образов ПФ от изображений для определения характеристик изображений с помощью формы для регистрации, сохранения, извлечения, поиска и сравнения с другими изображениями для согласования и почти полного согласования. К изображениям могут быть добавлены побочные изображения для повышения оптической силы в оптическом образе ПФ без добавления нового содержания формы и для последовательного сравнения с характеристиками формы другого изображения для идентификации почти полного согласования в дополнение к согласованию. 3 н. и 21 з.п. ф-лы, 29 ил.

Родственные патентные заявки

Эта патентная заявка является частично продолжающейся патентной заявкой США № 09/536426, поданной в патентное ведомство США 27 марта 2000 г., которая является частично продолжающейся относительно патентной заявки № 09/326362, поданной в патентное ведомство США 4 июня 1999 г.

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение в общем относится к пространственным модуляторам света, а более конкретно, к пространственному модулятору света с радиально ориентированными активными секторами модуляции света для радиального и углового анализа пучков света, включая оптические образы преобразования Фурье, определения характеристик, поиска, согласования или идентификации содержания формы изображений.

Предпосылки создания изобретения

Существуют ситуации, в которых полезная информация может быть получена по пространственно распределенным частям световых пучков. В частности, когда изображение переносится или распространяется световым пучком, могут оказаться полезными сбор и использование или анализ информации с конкретного участка изображения, такого как отдельный участок в поперечном сечении пучка, который является носителем изображения.

Например, в одновременно рассматриваемой заявке на патент США, принадлежащей заявителю, № 09/536426, которая включена в настоящую заявку посредством ссылки, узкие радиально ориентированные участки преобразования Фурье изображения захватываются, обнаруживаются и используются для определения характеристик и кодирования изображений с помощью формы для сохранения, поиска и извлечения. Как поясняется в этой заявке, такие радиально ориентированные, разнесенные по углу или направлению участки преобразования Фурье изображения последовательно захватываются путем позиционирования вращающейся непрозрачной маски или диска с радиально ориентированной щелью в плоскости преобразования Фурье светового пучка, несущего изображение, после прохождения светового пучка через линзу преобразования Фурье и обнаружения света, который проходит через щель при различных угловых направлениях, то есть градусах поворота. Световая энергия, обнаруживаемая по каждому угловому направлению, является характеристикой частей содержания изображения, которые в основном линеарно выровнены в том же самом угловом направлении, что и щель во вращающейся маске, при обнаружении световой энергии.

Этим устройством с вращающейся радиально ориентированной щелью очень хорошо и весьма эффективно осуществляется задача определения характеристик и кодирования изображений с помощью содержания формы изображений. Однако устройство все же имеет несколько недостатков. Например, разрешение пространственной частоты изображения по каждому угловому направлению вращающейся щели является не столь высоким, как требуется при некоторых применениях или использованиях такого устройства. Кроме того, вращающаяся маска или диск вместе со связанным с ним приводным механизмом, подобно всем механическим устройствам, имеет недостаточную стабильность и недостаточную надежность при длительной эксплуатации, не говоря уже о размерах и массе.

Сущность изобретения

Согласно основной задаче этого изобретения обеспечиваются усовершенствованное устройство и способ для захвата и записи оптической информации от частей оптических изображений.

Более конкретная задача этого изобретения заключается в обеспечении усовершенствованных устройства и способа для пространственного анализа оптических образов преобразования Фурье изображений применительно к содержанию формы таких изображений.

Другая конкретная задача этого изобретения заключается в обеспечении усовершенствованных устройства и способа для определения характеристик и кодирования изображений с помощью содержания формы для хранения, поиска, сравнения, согласования или идентификации изображений.

Эта и другие задачи, преимущества и новые признаки изобретения частично изложены в последующем описании, а частично станут очевидными для специалистов в указанной области техники, к которой относится настоящее изобретение, при рассмотрении последующего описания или могут быть усвоены при практическом использовании изобретения. Задачи и преимущества могут быть реализованы и достигнуты средствами и сочетаниями средств, детально показанных в приложенной формуле изобретения.

Для дальнейшего решения вышеупомянутых задач устройство согласно настоящему изобретению содержит пространственный модулятор света с множеством адресуемых активных оптических элементов, вытянутых в радиальном направлении на различных угловых направлениях относительно оси. Предпочтительно активные оптические элементы имеют форму, обеспечивающую возможность модуляции частей световых пучков, падающих на дискретные секторы активной оптической области, на которую может быть сфокусирован пучок света. Поэтому активные оптические модуляторы по форме индивидуальных секторов, то есть по существу клиновидные, являются предпочтительными, хотя другие формы также могут быть реализованы, что в отдельных случаях даже может быть более предпочтительно, такие как прямоугольная для лучшего разрешения или криволинейная для обнаружения содержания изображения криволинейной конфигурации. Для лучшего разрешения пространственной частоты содержания формы радиально вытянутые клинья или прямоугольники активной оптической области могут содержать индивидуально адресуемые сегменты, которые в зависимости от требуемого разрешения могут быть активизированы раздельно или в группах. Клиновидные секторы могут содержать сегменты в виде менее крупных, усеченных клиновидных активных оптических элементов или группы датчиков в пиксельных матрицах, которые совместно образуют такие формы. Прямоугольные области также могут содержать менее крупные прямоугольные сегменты или составные группы датчиков в пиксельных матрицах с образованием таких радиально вытянутых, разнесенных по углу активных оптических компонентов или областей. Для определения характеристик содержания формы изображения оптический образ, который представляет собой преобразование Фурье изображения, фокусируют на активную оптическую область, а радиально расположенные на различных угловых направлениях части оптического образа преобразования Фурье выбирают и локализуют посредством пространственного модулятора света для обнаружения содержания формы изображения, которое является согласованным с такими угловыми направлениями. Интенсивность света, обнаруженная от таких соответствующих частей, является характеристикой такого содержания формы и может быть зарегистрирована, сохранена или использована для сравнения с аналогично проанализированным содержанием формы других изображений, для установления и идентификации согласований или почти полных согласований изображений с таким содержанием формы. Необязательная предварительная обработка изображения для добавления побочных изображений, находящихся в различных радиальных и угловых взаимосвязях с изображением и имеющих различные интенсивности света, может повысить возможность обнаружения содержания формы и может обеспечить почти полное согласование изображений с аналогичным содержанием формы.

Краткое описание чертежей

Сопровождающие чертежи, включенные в описание и образующие часть описания, иллюстрируют предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения и вместе с описанием предназначены для пояснения принципов изобретения.

На чертежах:

фигура 1 – изометрическое изображение сегментированного радиального пространственного модулятора света согласно изобретению, показанного с пучком света, сфокусированным на модулирующие свет компоненты в активной оптической области устройства;

фигура 2 – вид спереди предпочтительных модулирующих свет компонентов в активной оптической области сегментированного устройства радиального пространственного модулятора света согласно изобретению, выполненных по конфигурации секторов сегментированного модулятора, которые ориентированы так, что вытянуты радиально на различных угловых направлениях по отношению к центральной оси;

фигура 3 – увеличенный вид спереди одного сектора активных модулирующих свет компонентов сегментированного радиального пространственного модулятора света;

фигура 4 – поперечное сечение части активного оптического сектора сегментированного радиального пространственного модулятора света согласно настоящему изобретению, выполненное по существу по линии 4-4 сечения на фигуре 3;

фигура 5 – схема оптического устройства для определения характеристик изображения, в котором сегментированный радиальный оптический анализатор согласно этому изобретению показан при использовании для определения характеристик и кодирования оптических изображений с помощью содержания формы с целью иллюстрации его структуры и функциональных возможностей;

фигуры 6а-с – схематичное вертикальное изображение активных модулирующих свет компонентов сегментированного радиального пространственного модулятора света для иллюстрации использования внешнего сегмента вертикально ориентированного сектора модулирующих свет компонентов сегментированного радиального пространственного модулятора света согласно изобретению вместе со схематичными видами характеризуемого изображения и получающегося в результате обнаруживаемого оптического образа, который является характеристикой некоторой части содержания вертикально ориентированной формы изображения;

фигуры 7а-с – схематичные вертикальные изображения, аналогичные показанным на фигурах 6а-с, но иллюстрирующие использование близкого к внутреннему сегмента вертикального сектора;

фигуры 8а-с – схематичные вертикальные изображения, аналогичные показанным на фигурах 6а-с, но иллюстрирующие использование близкого к внешнему сегмента активного оптического сектора, который ориентирован под углом 45° относительно вертикали;

фигуры 9а-с – схематичные вертикальные изображения, аналогичные показанным на фигурах 6а-с, но иллюстрирующие использование внешнего сегмента горизонтально ориентированного активного оптического сектора;

фигуры 10а-с – схематичные вертикальные изображения, аналогичные показанным на фигурах 6а-с, но иллюстрирующие использование внешнего сегмента активного оптического сектора, который ориентирован под углом 191,25° относительно вертикали;

фигура 11 – схематичное вертикальное изображение, аналогичное показанному на фигуре 6а, но иллюстрирующее модифицированный вариант осуществления изобретения, в котором активные оптические сегменты выполнены прямоугольными, а не клиновидными;

фигура 12 – схематичное вертикальное изображение еще одного варианта осуществления изобретения, в котором группы индивидуально адресуемых датчиков света в пиксельной матрице датчиков могут быть активизированы совместно в местоположениях, которые имитируют секторы или сегменты секторов для осуществления углового и/или пространственного анализа светового пучка для определения согласно этому изобретению характеристик изображения с помощью содержания формы;

фигура 13 – поперечное сечение, аналогичное показанному на фигуре 4, но иллюстрирующее модификацию, в которой модулированный световой пучок проходит через, а не отражается сегментированным радиальным пространственным модулятором света согласно этому изобретению;

фигуры 14а-с – иллюстрации необязательного способа образования побочных изображений, предназначенного для повышения оптической силы с целью улучшения характеристик обнаружения информации о форме и обеспечения возможности определения характеристик содержания плавных форм для идентификации почти полного согласования содержания формы в различных изображениях;

фигуры 15а-с – иллюстрация способа образования побочных изображений из фигур 14а-с применительно к несколько более сложному изображению.

Предпочтительный вариант осуществления изобретения

На фигуре 1 схематично показан сегментированный радиальный пространственный модулятор 50 света согласно настоящему изобретению с пучком 27(p) света, сфокусированным на активную оптическую область 54 в центральной части сегментированного радиального пространственного модулятора 50 света. Как схематично показано на фигуре 1, предпочтительно, но необязательно, чтобы сегментированный радиальный пространственный модулятор 50 света был выполнен в виде интегральной схемы 52, установленной на чипе 56, снабженном множеством электрических штырьковых выводов 58, выполненных с возможностью вставления в соответствующим образом выполненную панельку (не показанную) на печатной плате (не показанной). В таком предпочтительном варианте осуществления изобретения штырьковые выводы 58 электрически соединены посредством множества проводов 59, припаянных к контактным площадкам 55 интегральной схемы 52 для обеспечения возможности адресации и функционирования оптических компонентов в активной оптической области 54, что будет рассмотрено более подробно ниже.

Увеличенный вертикальный вид спереди активной оптической области 54 интегральной схемы 52 показан на фигуре 2, а еще более увеличенное изображение активных оптических сегментов 502, 504, 506, 508 одного сектора 500 модулятора (для удобства в дальнейшем иногда называемого «сектором») из активной оптической области 54 показано на фигуре 3. Как будет пояснено более подробно ниже, сегментированный радиальный пространственный модулятор 50 света выполнен с возможностью избирательной локализации радиально расположенных частей световой энергии на различных угловых направлениях по отношению к центральной оси 40. Один способ осуществления изобретения такой локализации заключается в отражении, а также в повороте плоскости поляризации выбранных радиально расположенных частей светового пучка 27(p), который падает на активную оптическую область 54, в то время как другие части светового пучка 27(p) отражаются, но без поворота плоскости поляризации, или наоборот. В предпочтительном варианте осуществления изобретения все активные оптические сегменты, например сегменты 502, 504, 506, 508 сектора 500 на фигуре 3, выполнены индивидуально адресуемыми по электропроводящим дорожкам 503, 505, 507, 509 соответственно, хотя изобретение также может быть реализовано, но с меньшим разрешением пространственных частот, посредством сектора 500, содержащего только один активный оптический модулятор, или путем одновременной активизации одного или нескольких индивидуальных сегментов.

Выбор и локализация части падающего светового пучка 27(p) показаны на фигуре 4, на которой представлено частичное поперечное сечение активных оптических сегментов 506, 508. Когда сегмент 508 активизирован напряжением V+ на дорожке 509, падающий световой пучок 27(p), который для примера обозначен как p-поляризованный, то есть поляризованный в p-плоскости, отражается сегментом 508 и испускается от него как s-поляризованный свет 27(s), то есть свет, поляризованный в s-плоскости, и, наоборот, в то время когда сегмент 508 активизируется напряжением V+ на дорожке 509, не активизированный сегмент 506 отражает, но не поворачивает плоскость поляризации падающего света 27(p). На фигуре 4 свет, отраженный активизированным сегментом 508, обозначен как 61(s) для указания s-плоскости поляризации, тогда как свет, отраженный не активизированным сегментом 506, обозначен как 61(p) для указания p-плоскости поляризации. Конструкция и функция сегментов 506, 508, которые являются типичными из всех сегментов секторов 500, 510, 520, 530, 540, 550, 560, 570, 580, 590, 600, 610, 620, 630, 640, 650 активной оптической области 54, будут пояснены более подробно ниже. В этом месте достаточно сказать, что плоскость s-поляризации ортогональна к, то есть повернута на 90° по отношению к, плоскости p-поляризации и что такой поворот плоскости поляризации части светового пучка 61(p) (см. фигуру 1) обеспечивает возможность фильтрации или отделения этой части от остальной части светового пучка 61(p), что будет пояснено более подробно ниже.

Устройство 10 для определения характеристик, кодирования и сохранения изображений с помощью содержания формы таких изображений, которое схематично показано на фигуре 5, представляет собой пример применения сегментированного радиального пространственного модулятора 50 света, описанного выше, и является частью этого изобретения. В этом устройстве 10 любое число n изображений 12, 14,…, n может быть охарактеризовано и кодировано с помощью содержания формы в таких изображениях, и такая кодированная информация формы о каждом изображении может быть сохранена, например, в базе 102 данных, для последующего поиска, извлечения и сравнения с содержанием формы других изображений, которые охарактеризованы и кодированы таким же способом.

Изображения 12, 14,…, n могут быть по существу любого вида, например, визуальными изображениями на фотографиях, пленках, чертежах, графиках, произвольными образами, упорядоченными образами и т.п. Кроме того, их можно хранить и/или генерировать в или из цифровых и аналоговых форматов. Такие изображения могут иметь содержание, которое при рассмотрении людьми имеет определенное смысловое значение, или они могут быть бессмысленными, или не могут быть прерваны людьми, но могут быть характеристикой некоторого другого содержания, например, музыки, звуков, текста, программного обеспечения и т.п. По существу любой оптический образ интенсивностей световой энергии, который может быть обнаружен или отображен с различимым содержанием формы, может быть охарактеризован и кодирован посредством этого устройства 10.

Выборочное изображение 12, которое может быть получено из любого источника (например, из сети Интернет, из электронной базы данных, с сайта, из библиотеки, от сканера, с фотографии, с пленки, в виде радиолокационного изображения, электронного неподвижного кадра из фотоаппарата или кинофрагмента из видеокамеры и из других источников), вводится в оптическое устройство 10 для определения характеристик формы изображения, которое будет описано более подробно ниже. Любое число n других выборочных изображений 14,…, n, показанных на фигуре 5, находится в очереди на последовательный ввод в оптическое устройство 10 определения характеристик изображения. Ввод любого числа n таких последовательных изображений 12, 14,…, n может быть сделан вручную или, что предпочтительно, автоматически, например, посредством механического устройства для показа слайдов, генератора изображений компьютера, кинопроектора, электронного фотоаппарата или видеокамеры и т.п. В предпочтительном варианте осуществления изобретения на фигуре 5 показан компьютер 20, но при этом также предполагается, что он предполагает использование любого устройства или системы, которые могут выстраивать в очередь и перемещать изображения 12, 14,…, n в устройство 10 для определения характеристик изображения. Примерное изображение 12 автомобиля, показанное на видеомониторе 22, отображает и символизирует любое изображение, которое включено в режим процесса определения характеристик и кодирования его содержания формы в соответствии с этим изобретением, хотя должно быть понятно, что такое отображение изображения, подлежащего обработке, не является существенным признаком этого изобретения. Для удобства и упрощения большая часть последующего описания относится только к первому изображению 12, но при этом следует понимать, что она также может быть приложена к любому изображению 12, 14,…, n и т.д.

В варианте осуществления устройства 10, показанного на фигуре 5, изображение 12 вводится в оптическое устройство 10 для определения характеристик изображения в плоскости 19 изображения, которая перпендикулярна к пучку 27 света, исходящего из электрически адресуемого пространственного модулятора 26 света, то есть перпендикулярна к плоскости чертежа на фигуре 5. Однако для пояснения, иллюстрации и понимания изобретения изображения 12, 14,…, n показаны окруженными пунктирными линиями также в плоскости чертежа на фигуре 5, то есть в плоскости бумаги. С целью облегчения пояснения, иллюстрации и понимания то же самое правило также использовано для проецирования изображения 12′, образованного электрически адресуемым пространственным модулятором 26 света, для оптического образа 32 преобразования Фурье, активной оптической области 54, локализованного и профильтрованного оптического образа 60 и сетки 82 датчиков из их соответствующих плоскостей, перпендикулярных световым пучкам, в плоскость бумаги. Эти компоненты и их функции в изобретении будет пояснены более подробно ниже.

Как упоминалось выше, изображение 12 может быть введено в оптическое устройство 12 для определения характеристик изображения посредством компьютера 20 и электрически адресуемого пространственного модулятора 26 света, что будет описано более подробно ниже. Однако изображение 12 будет подвергаться существенному преобразованию при прохождении через тонкую положительную линзу 30, также называемую линзой преобразования Фурье. При осуществлении преобразования Фурье выборочного изображения 12′ световая энергия оптического образа изображения 12′ преобразуется в оптический образ 32 преобразования Фурье, который является единственным по отношению к изображению 12′, хотя он не может быть распознан глазом или мозгом человека как изображение 12′, и который можно охарактеризовать интенсивностями, то есть амплитудами световой энергии, пространственно распределенными по оптическому образу 32. Комплексное распределение амплитуд световой энергии 34 по оптическому образу 32 представляет собой преобразование Фурье комплексного распределения света по изображению 12′. Как будет описано более подробно ниже, изображение 12′ представляет собой восстановление изображения 12 в монохроматической, предпочтительно в когерентной, световой энергии, хотя белый свет также будет работать. Сосредоточения значительной световой энергии в оптическом образе 32 преобразования Фурье в основном соответствуют пространственным частотам изображения 12′, то есть каким образом близко расположенные друг к другу или находящиеся на большем расстоянии друг от друга признаки в изображении 12′ изменяются или остаются теми же самыми. Другими словами, пространственные частоты также ясно показывают, каким образом близко расположенные друг к другу или находящиеся на большем расстоянии друг от друга интенсивности световой энергии в поперечном направлении светового пучка 27 изменяются или остаются теми же самыми. Например, изображение (не показанное) юбки из клетчатой ткани, то есть из имеющей много мелких квадратов, будет иметь более высокую пространственную частоту, то есть изменения на единице расстояния, по сравнению с изображением (не показанным) одноцветной юбки. Точно так же части изображения, такие как бампер и решетка 35 автомобиля на изображении 12′ будут иметь более высокую пространственную частоту по сравнению с боковой панелью 36 автомобиля на изображении 12′, поскольку бампер и решетка 35 имеют много мелких деталей с разнообразными краями, изгибами и другими сложными изменениями в пределах небольшого пространственного интервала, тогда как боковая панель 36 выполнена довольно гладкой и однородной на протяжении большого пространственного интервала. Для световой энергии от более мелких и более остроконечных деталей изображения (с большей пространственной частотой), таких как более сложные бампер и решетка 35 на изображении 12′, характерна тенденция рассеяния на расстояние дальше радиально наружу от оптического центра или оси 40 в преобразованном Фурье-изображении, чем для световой энергии от более плавных или ровных деталей изображения (с меньшей пространственной частотой), таких как боковая панель 36 на изображении 12′. Амплитуда световой энергии 34, рассеянной радиально наружу в оптическом образе 32 преобразования Фурье, связана со световой энергией соответствующих частей оптического образа изображения 12′, от которого исходит такая световая энергия, за исключением того, что такая световая энергия концентрируется на участках или полосах 34 в плоскости оптического образа 32 преобразования Фурье после преломления линзой 30 преобразования Фурье, то есть на полосах значительной световой энергии, разделенных полосами небольшой или нулевой энергии, которые получаются в результате конструктивной и деструктивной интерференции дифрагированной световой энергии. Если части изображения 12′ с высокими пространственными частотами, такие как бампер и решетка 35, яркие, то интенсивность или амплитуда световой энергии от этих частей изображения 12′ с высокими пространственными частотами рассеянной линзой 30 преобразования Фурье с образованием дальше отстоящих радиально наружу полос световой энергии 34 в оптическом образе 32 преобразования Фурье будет более высокой, то есть они будут более яркими. С другой стороны, если части оптического образа изображения 12′ с высокими пространственными частотами темные, то интенсивность или амплитуда световой энергии от этих частей оптического образа изображения 12′ с высокими пространственными частотами, которая рассеяна линзой 30 преобразования Фурье с образованием дальше отстоящих радиально наружу полос световой энергии 34 в оптическом образе 32 преобразования Фурье, будет более низкой, то есть они не будут такими яркими. Точно так же, если части оптического образа изображения 12′ с низкими пространственными частотами, такие как боковая панель 36, яркие, то интенсивность или амплитуда световой энергии от этих частей оптической картины изображения 12′ с низкими пространственными частотами, которая рассеивается линзой преобразования Фурье с образованием менее отстоящих радиально наружу полос световой энергии 34 в оптическом образе 32 преобразования Фурье (то есть ближе к оптической оси 40), будет более высокой, то есть они будут более яркими. Однако если части оптического образа изображения 12′ с низкими пространственными частотами темные, то интенсивность или амплитуда световой энергии от этих частей оптического образа изображения 12′ с низкими пространственными частотами, которая рассеяна линзой 30 преобразования Фурье с образованием менее отстоящих радиально наружу полос световой энергии 34 в оптическом образе 32 преобразования Фурье, будет ниже, то есть они не будут такими яркими.

Итак, оптический образ 32 преобразования Фурье света, исходящего от изображения 12′: (i) является уникальным (единственным) для изображения 12′; (ii) содержит участки или полосы концентрации световой энергии 34, которые рассеяны радиально от центра или от оптической оси 40, которые характеризуют пространственные частоты, то есть мелкость деталей в изображении 12′; (iii) интенсивность или амплитуда световой энергии 34 на участке или полосе каждой пространственной частоты в оптическом образе 32 преобразования Фурье соответствует яркости или интенсивности световой энергии, исходящей от соответствующих мелких или крупных признаков изображения 12′; (iv) такая световая энергия 34 на участках или полосах оптического образа 32 преобразования Фурье может быть обнаружена с помощью этого изобретения как в части интенсивности, так и в части пространственного положения согласно настоящему изобретению.

Поскольку это оптическое устройство 10 для определения характеристик изображения согласно настоящему изобретению выполнено с возможностью определения характеристик изображения 12 по формам, которые содержит изображение 12, то используют дополнительную пространственную фильтрацию образа 32 преобразования Фурье световой энергии для обнаружения и захвата световой энергии, исходящей от более мелких или более острых деталей или от частей таких более мелких или более острых деталей в изображении 12′, которые расположены последовательно и прямолинейно на различных конкретных угловых направлениях. Как будет пояснено более подробно ниже, такая пространственная фильтрация может быть осуществлена любым из ряда различных способов, но в примерном пространственном фильтре, предназначенном для выполнения этой функции, используют комбинацию сегментированного радиального пространственного модулятора 50 с поляризующим светоделителем 70. По существу, сегментированный радиальный пространственный модулятор 50 света поворачивает плоскость поляризации выбранных частей оптического образа 32 преобразования Фурье от p-плоскости поляризации к s-плоскости поляризации или наоборот, как пояснялось выше, а поляризующий светоделитель 70 отделяет световую энергию тех частей, которые локализованы и поляризованы в одной плоскости, от световой энергии остатка оптического образа 32 преобразования Фурье, которая осталась поляризованной в другой плоскости, так что такая световая энергия из отделенных и локализованных частей может быть обнаружена раздельно.

Только части световой энергии 34 в образе 32 преобразования Фурье, которые последовательно совмещены с выбранными активными оптическими сегментами, например с сегментами 502, 504, 506 и/или 508 (фигура 3), имеют плоскость поляризации, повернутую в отраженном свете 61(s) посредством сегментированного радиального пространственного модулятора 50 света. Такие выбранные части 61(s) пучка 27(p) характеризуют, что излучение происходит главным образом от детали или признаков изображения 12′, таких как прямые линии и короткие отрезки криволинейных линий, которые последовательно совмещены на угловых направлениях соответствующих секторов 500, 510, 520, 530, 540, 550, 560, 570, 580, 590, 600, 610, 620, 630, 640, 650, в которых выбранные сегменты расположены в активной оптической области 54 сегментированного радиального пространственного модулятора 50 света. Например, если один или несколько сегментов 502, 504, 506, 508 в секторе 500 выбраны и активизированы с целью поворота плоскости поляризации световой энергии, отражаемой от этого сегмента (этих сегментов), то отражаемая световая энергия 61(s) будет испускаться, главным образом, от деталей или признаков изображения 12′, которые последовательно совмещены на вертикальном направлении сектора 500, в котором расположены сегменты 502, 504, 506, 508. Кроме того, поскольку световая энергия 34 из спектра более высоких пространственных частот изображения 12′, например от более близко расположенных бампера и решетки 35, рассеяна дальше радиально наружу в оптическом образе 32 преобразования Фурье по сравнению со световой энергией 34 из спектра более низких пространственных частот, например от боковой панели 36, то световая энергия отраженного светового пучка 61(s) будет также характеристикой ограниченного диапазона такого спектра пространственных частот изображения 12′, зависящего от того, какой сегмент сектора выбран. Например, активизация внешнего сегмента 508 сектора 500 (фигура 3), который расположен дальше по радиусу наружу от оптической оси 40 падающего пучка 27(p), чем сегмент 502, приведет к тому, что световая энергия отраженного пучка 61(s) будет характеристикой спектра более высоких пространственных частот вертикально ориентированных признаков в изображении 12′, например, вертикальных краев бампера и решетки 35. В противоположность этому активизация внутреннего сегмента 502 сектора 500 будет причиной того, что световая энергия отраженного пучка 61(s) на этот раз будет характеристикой спектра более низких пространственных частот от вертикально ориентированных признаков в изображении 12′, например, от вертикального заднего края крышки 37 багажника. Результат заключается в получении профильтрованного образа 60 полос 62 световой энергии, которые отражают или являются характеристикой единственной комбинации признаков или линий в содержании изображения 12′, которое соответствует световой энергии оптического образа 32 преобразования Фурье на радиальном расстоянии от выбранного сегмента и которое линейно совмещено с сектором, в котором расположен выбранный сегмент. Поэтому в дополнение к возможности круговой пространственной фильтрации оптического образа 32 преобразования Фурье на различных угловых направлениях вокруг оптической оси сегменты каждого сектора, например сегменты 502, 504, 506, 508 сектора 500, обеспечивают дополнительную возможность скалярной пространственной фильтрации оптического образа 32 преобразования Фурье на различных радиальных расстояниях от оптической оси.

Конечно, как будет описано более подробно ниже, сегменты различных секторов с разными угловыми ориентациями вокруг оптической оси 40 будут линейно совмещены с признаками или линиями в изображении 12′, которые имеют различные угловые ориентации. Поэтому, как будет пояснено более подробно ниже, полосы 62 световой энергии в профильтрованном образе 60 будут изменяться по мере выбора и активизации активных оптических сегментов в различных секторах с представлением различных признаков, деталей, краев или линий в оптическом образе изображения 12′ на различных угловых направлениях, с различной сложностью или мелкостью и яркостью. Однако в общем случае при осуществлении обратного преобразования Фурье оптического образа 32 преобразования Фурье после описанной выше пространственной фильтрации 54 полосы 62 световой энергии будут расположены в тех же самых соотнесенных в пространстве местоположениях, что и признаки в исходном изображении 12′, из которого выходила такая световая энергия. Например, в случае вертикального сектора после пространственной фильтрации бампера и решетки 35 в изображении 12′ это справедливо относительно световой энергии в полосе 62 в образе 60, которая первоначально исходила от бампера и решетки 35 в изображении 12′.

Пространственно профильтрованная световая энергия в полосах 62 профильтрованного образа 60 может быть обнаружена с помощью фотодетектора 80 при любых различных угловых ориентациях активизированных секторов и подана в виде электронного сигнала в компьютер 20 или на другой компьютер или микропроцессор для обработки и кодирования. Хотя на фигуре 5 показан только один фотодетектор 80 с матрицей 82, содержащей 16×16 отдельных фоточувствительных преобразователей 84 энергии, которых достаточно для решения многих задач этого изобретения, также могут быть использованы другие сборки фотодетекторов, например две смещенные матрицы датчиков, описанные в находящейся в процессе одновременного рассмотрения патентной заявке № 09/536426, или одна или несколько более крупных матриц датчиков.

Компьютер 20, в который вводится информация о профильтрованных оптических образах 60, то есть о распределении интенсивностей (I) световой энергии с матрицы 82 датчиков, вместе с информацией об изображении 12 (например идентификационное число, местоположение источника и т.п.), информацией об угловой ориентации (R) сектора, в котором активизирован сегмент, и информацией о радиальном расстоянии или масштабном коэффициенте (S) активизированного сегмента относительно пространственной частоты, может быть запрограммирован на кодирование характеристик изображения 12, связанных с содержанием формы изображения 12. Один полезный формат для кодирования такой информации с помощью пикселей профильтрованного изображения 60 включает в себя информацию относительно местоположения каждого пикселя в координатах x, y, поворота (то есть угловой ориентации сектора, в котором сегмент активизирован, следовательно, относительно линейных признаков изображения 12, которые выровнены с такой угловой ориентацией) и интенсивности (то есть амплитуды световой энергии от профильтрованного образа 60, которая обнаружена в каждом пикселе на угловом направлении R. Также может быть предусмотрен поисковый флаг, такой как коэффициент Х дисторсии, который пояснен более подробно в находящейся в процессе одновременного рассмотрения патентной заявке № 09/536426 или при рассмотрении предварительной обработки с образованием побочных изображений согласно этому изобретению, которая пояснена более подробно ниже. Такая комбинация угловой ориентации или поворота R, интенсивности I световой энергии для каждого пикселя и коэффициента Х искажений для краткости может быть названа “RIXel”. При необходимости в такое кодирование также может быть включен масштабный коэффициент (то есть пространственные частоты содержания изображения 12 на таких угловых направлениях). При включении масштабного коэффициента S комбинация может быть названа “RIXSel”. Далее каждый RIXel или RIXSel может быть связан с некоторым идентификатором для изображения 12, из которого оно было получено (например, число, имя и т.п.), с адресом источника изображения 12 (которым может быть, например, унифицированный указатель ресурсов сети Интернет, файл базы данных, название книги, владелец изображения 12 и т.п.) и с любой другой требуемой информацией об изображении, такой как формат, разрешение, цвет, текстура, описание содержания, категория поиска и т.п. Некоторая часть такой другой информации, такой как цвет, текстура, описание содержания и/или категория поиска, может быть информацией, загруженной из другой базы данных, человеком или даже с другого оптического устройства для характеристик параметров, посредством которого автоматически описывается то же самое изображение 12, например цвет, текстура и т.п., все, что полезно для поиска, обнаружения или извлечения изображения 12 или для сравнения изображения 12 с другими изображениями.

Некоторые, все или дополнительные комбинации такой информации о каждом изображении 12, 14,…, n, охарактеризованные в отношении формы и кодированные, как описано выше, могут быть переданы с компьютера 20 в одну или несколько баз 102 данных. Несколько примеров архитектуры 104, 106, 108 баз данных, предназначенных для хранения RIXel- или RIXSel-информации о каждом изображении 12, 14,…, n, показаны на фигуре 5, но могут быть использованы многие другие архитектуры и сочетания информации.

В оптическом устройстве 10 для определения параметров изображения, показанном на фигуре 5, изображение 12 восстанавливается с помощью монохроматической, предпочтительно когерентной, световой энергии, например, в случае изображения 12′ пространственный модулятор 26 света освещается пучком монохроматического света 24 от источника 23 света, такого как лазерный диод или газовый диод. Эта особенность изобретения также может быть реализована с помощью белого света, хотя получающиеся оптические образы преобразования Фурье и пространственно профильтрованные оптические образы будут более размытыми, чем в случае монохроматического света. Поэтому, хотя это описание изобретения будет продолжено применительно к монохроматическому, предпочтительно когерентному, свету, должно быть понятно, что в качестве замены, хотя и не предпочтительной, пригоден белый свет. Пространственный модулятор 26 света (SLM) может быть оптически адресуемым (OSLM), таким какой показан в одновременно рассматриваемой патентной заявке № 09/536426, или он может быть электрически адресуемым и управляемым (E-SLM), например, компьютером 20 на фигуре 5 или видеокамерой (не показанной). Как известно специалистам в данной области техники, к которой относится изобретение, пространственный модулятор света может «записывать» изображение в пучок 25 поляризованного света путем поворота или частичного поворота плоскости поляризации света на пространственной основе в поперечном направлении пучка 25, так что при отражении, например, пучка 27 в зависимости от необходимости создания изображения 12′ в монохроматическом свете он либо проходит через, либо отражается поляризующим светоделителем 116. В оптически адресуемом пространственном модуляторе света (не показанном) плоскость изображения адресуется на пространственной основе световой энергией, падающей на полупроводниковый материал, прилегающий к материалу, обеспечивающему поворот поляризации (обычно к жидкокристаллическому материалу), тогда как в электрически адресуемом пространственном модуляторе 26 света жидкий кристалл, материал, который осуществляет поворот поляризации, электрически адресуется от пикселя к пикселю. Пиксельные участки поляризованного света после прохождения через жидкокристаллический материал имеют плоскость поляризации, повернутую на 45°, вследствие чего такой свет при отражении и прохождении обратно через жидкий кристалл поворачивается еще на 45°. Поэтому пиксели света в поляризованном пучке 25, которые имеют плоскость поляризации, повернутую в пространственном модуляторе 26 света, отражаются и выходят из пространственного модулятора света по оптическому пути 27, который имеет оптическую ось 40, совпадающую с оптической осью падающего пучка 25, но находится в оптическом образе, создаваемом электрически адресуемым пространственным модулятором 26 света, который формирует изображение 12′ с плоскостью поляризации, повернутой на 90° относительно плоскости поляризации падающего пучка 25. Оставшиеся пиксели света, которые не претерпели поворота плоскости поляризации, также отражаются, но, как будет пояснено ниже, они могут быть отделены от пикселей, которые претерпели поворот плоскости поляризации. Различные интенсивности света или яркость изображения 12 могут быть восстановлены в полутоновом изображении 12′ при частичных поворотах плоскости поляризации.

В варианте осуществления изобретения на фигуре 5 пучок 24 когерентного света от лазерного источника 23 проходит через поляризатор 28 для образования поляризованного пучка 25 когерентного света, в котором весь свет может быть поляризован в одной плоскости, например, но без ограничения, в s-плоскости, что показано позицией 25(s). Затем s-поляризованный пучок 25(s) проходит через пространственный фильтр 110, имеющий по существу точечное отверстие 112 диафрагмы и линзу 114 для фокусирования пучка 25(s) на точечное отверстие 112. Этот пространственный фильтр 110 предусмотрен, главным образом, для получения хорошего гауссова волнового фронта пучка 25(s), а при необходимости для ограничения мощности пучка 25(s). Далее свет коллимируется линзой 114а.

После этого пучок 25(s) проходит через поляризующий светоделитель 116, который отражает на плоскости 118 свет, поляризованный в одном направлении, и пропускает свет, поляризованный в ортогональном направлении. В этом примере поляризующий светоделитель 116 отражает s-поляризованный свет и пропускает p-поляризованный свет, и он ориентирован так, что отражает s-поляризованный пучок 25(s) по направлению к электрически адресуемому пространственному модулятору 26 света. Пучок 25(s) монохроматического света, предпочтительно когерентного, падающий на электрически адресуемый пространственный модулятор 26 света, обеспечивает световую энергию, которая используется для осуществления дополнительного анализа, определения характеристик содержания формы изображения 12′ и кодирования согласно настоящему изобретению.

Как упоминалось выше, существуют многочисленные способы «записи» изображений 12, 14,…, n в световой пучок, в одном из которых используют электрически адресуемый пространственный модулятор 26 света. В этом примере в компьютере 20 содержание изображения 12 дискретизируется, так что цифровые сигналы могут быть переданы из компьютера 20 по линии 21 к электрически адресуемому пространственному модулятору 26 способом, при выполнении которого осуществляются адресация и активизация определенных пикселей в электрически адресуемом пространственном модуляторе 26 света для «записи» изображения 12′ в отраженный световой пучок 27(p), что должно быть понятно специалистам в области техники, к которой относится изобретение. По существу в адресуемых пикселях плоскость поляризации поворачивается на 90° от s-плоскости падающего пучка 25(s) до p-плоскости отраженного пучка 27(p) или в несколько меньшей степени, чтобы отраженная световая энергия с частичным или полным поворотом на 90° плоскости поляризации образовала полутоновый оптический образ изображения 12′. Конечно, специалистам в области техники, к которой относится изобретение, должно быть понятно, что изображение 12′ также может быть образовано посредством электрически адресуемого пространственного модулятора света, который работает противоположным образом, то есть плоскость поляризации поворачивается в отраженном свете за исключением тех мест, где пиксели активизированы, и в этом случае, чтобы записать изображение 12′ в отраженный пучок 27, компьютер 20 должен быть запрограммирован на активизацию пикселей в соответствии с негативом изображения 12. В одном из двух способов выходящий пучок 27(p) когерентного света, несущий изображение 12′, имеет p-поляризацию вместо s-поляризации и наоборот. Следовательно, в приведенном выше примере пучок 27(p) монохроматического света, световая энергия которого распределена по оптическому образу, формирующему изображение 12′, пропускается посредством поляризующего светоделителя 116 к линзе 30 преобразования Фурье, а не отражается им.

Как пояснялось выше, положительная линза 30 преобразования Фурье расположена в световом пучке 27(p) и перераспределяет энергию монохроматического света от изображения 12′ в оптический образ 32 преобразования Фурье, который обеспечивается в фокальной плоскости линзы 30 преобразования Фурье. Поэтому сегментированный радиальный пространственный модулятор 50 света согласно настоящему изобретению должен быть расположен в фокальной плоскости линзы 30 преобразования Фурье, обозначенной фокусным расстоянием F на фигуре 5, а линзу 30 преобразования Фурье также располагают на том же самом фокусном F расстоянии от электрически адресуемого пространственного модулятора 26 света, так что электрически адресуемый пространственный модулятор 26 света также находится в фокальной плоскости линзы 30. Как также пояснялось выше, распределение комплексных амплитуд световой энергии 34 в оптическом образе 32 преобразования Фурье в фокальной плоскости линзы 30 преобразования Фурье представляет собой преобразование Фурье распределения комплексных амплитуд в изображении 12′. Оптический образ 32 преобразования Фурье имеет всю световую энергию от изображения 12′, распределенную в симметричный образ 32, основанный на пространственных частотах изображения 12′, при этом интенсивности световой энергии в распределениях 34 различных пространственных частот основаны на световой энергии в соответствующих частях изображения 12′, где эти соответствующие пространственные частоты обеспечиваются.

Как упоминалось выше, оптический образ 32 преобразования Фурье является симметричным сверху вниз и слева направо, так что каждый полукруг оптического образа 32 преобразования Фурье содержит точно такое же распределение и интенсивность световой энергии, что и противолежащий полукруг. Световая энергия от более низких пространственных частот в изображении 12′ распределяется ближе к центру или к оптической оси 40 оптического образа 32 преобразования Фурье, тогда как световая энергия от более высоких пространственных частот в изображении 12′ распределяется дальше от оптической оси 40 и к внешнему краю образа 32, то есть дальше в радиальном направлении наружу от оптической оси 40. Световая энергия от признаков в изображении 12′, которые распределены по вертикали в изображении 12′ и формируют эти различные пространственные частоты, точно так же распределена по вертикали в оптическом образе 32 преобразования Фурье. В то же самое время световая энергия от признаков в изображении 12′, которые распределены по горизонтали в изображении 12′ и формируют эти различные пространственные частоты, распределена по горизонтали в оптическом образе 32 преобразования Фурье. Поэтому в общем случае световая энергия от признаков в изображении 12′, которые распределены в любом угловом направлении по отношению к оптической оси 40 и образуют различные пространственные частоты в изображении 12′, также распределена в тех же самых угловых направлениях в оптическом образе 32 преобразования Фурье. Следовательно, путем обнаружения только световой энергии, распределенной по отдельным угловым направлениям относительно оптической оси 40 в оптическом образе 32 преобразования Фурье, можно определить характеристики признаков или деталей в изображении 12′, которые расположены последовательно на таких отдельных угловых направлениях. Радиальные распределения такой обнаруженной световой энергии в каждом таком угловом направлении указывают на сложность или заостренность таких линейных признаков или деталей в изображении 12′, то есть пространственную частоту, тогда как интенсивности такой обнаруженной световой энергии отражают яркость таких признаков или деталей в изображении 12′.

Поэтому объединение световых энергий, определенных на всех угловых направлениях в оптическом образе 32 преобразования Фурье обеспечивает составную запись форм, то есть угловых направлений, сложности или заостренности и яркости линейных признаков, которые содержатся в изображении 12′. Однако для большей части практических требований, таких как кодирование характеристик формы изображений 12, 14,…, n для сохранения в базе данных, поиска, извлечения, сравнения и согласования с другими изображениями и т.п. нет необходимости записывать обнаруженную световую энергию со всех угловых направлений в образе 12′ преобразования Фурье. Обычно достаточно обнаружить и записать такие распределения световой энергии и интенсивности только для некоторых угловых направлений в оптическом образе 32 преобразования Фурье для получения достаточного количества характеристик формы, практически единственных для каждого изображения 12, 14,…, n, для сохранения в базе данных, поиска и извлечения таких конкретных изображений 12, 14,…, n. С целью пояснения, но не ограничения, отметим, что удобно и практично использовать приращения угла на 11,25°, поскольку при повороте на угол 180° имеется шестнадцать (16) приращений по 11,25°, которых в большинстве случаев достаточно для определения характеристик и при которых, как пояснено в одновременно рассматриваемой патентной заявке США № 09/536426, обеспечивается эффективность обработки данных и хранения данных. Однако также могут быть использованы другие дискретные угловые приращения, включая постоянные приращения или переменные приращения. Конечно, переменные приращения потребуют большей производительности компьютера и более сложного программного обеспечения для осуществления обработки данных, хранения и осуществления функций поиска.

В предпочтительном варианте осуществления этого изобретения сегментированный радиальный пространственный модулятор 50 света, показанный на фигуре 1, с активными оптическими секторами 500, 510, 520, 530, 540, 550, 560, 570, 580, 590, 600, 610, 620, 630, 640, 650, показанными на фигуре 2, используют для выбора световой энергии только с конкретных угловых направлений в оптическом образе 32 преобразования Фурье для обнаружения ее в любой момент времени или в любой момент приращения времени на матрице 82 датчиков. Как пояснялось выше применительно к сектору 500 на фигуре 3, который является типичным, исключая угловую ориентацию, из всех других секторов 510, 520, 530, 540, 550, 560, 570, 580, 590, 600, 610, 620, 630, 640, 650 на фигуре 2, все активные оптические сегменты, например сегменты 502, 504, 506, 508 в вертикальном секторе 500, могут быть адресованы с помощью соответствующих электрических дорожек, например дорожек 503, 505, 507, 509 для сектора 500, так что посредством матрицы 82 датчиков может быть обнаружено распределение световой энергии и интенсивность (I) в оптическом образе 32 преобразования Фурье на любом угловом направлении (R) секторов 500, 510, 520, 530, 540, 550, 560, 570, 580, 590, 600, 610, 620, 630, 640, 650 и на выбранных радиальных расстояниях от оптической оси 40. Например, сектор 500 ориентирован по существу вертикально по отношению к оптической оси 40. Если все активные оптические сегменты 502, 504, 506, 508 сектора 500 выбираются и активизируются одновременно, то фактически вся световая энергия, которая распределена по вертикали в оптическом образе 32 преобразования Фурье, падает на и обнаруживается посредством матрицы 82 фоточувствительных датчиков (фигура 5). Однако если только один из активных оптических сегментов, например внешний сегмент 508, выбирается и активизируется, то только световая энергия в оптическом образе 32 преобразования Фурье, которая распределена по вертикали и находится дальше всего в радиальном направлении наружу от оптической оси 40, будет обнаруживаться посредством матрицы 82 фоточувствительных датчиков. Поэтому любой один, все или в комбинации активные оптические сегменты, например 502, 504, 506, 508, могут быть активизированы последовательно или одновременно для обнаружения и регистрации различных распределений световой энергии в оптическом образе 32 преобразования Фурье. Кроме того, в зависимости от имеющегося требования обнаруживать деталь или конкретные распределения световой энергии в оптическом образе 32 преобразования Фурье любой один или несколько секторов 500, 510, 520, 530, 540, 550, 560, 570, 580, 590, 600, 610, 620, 630, 640, 650 могут быть выбраны и активизированы последовательно, одновременно или в различных комбинациях.

Предпочтительной, но не существенной формой активных оптических секторов, например сектора 500, в сегментированном радиальном пространственном модуляторе 50 света является узкий удлиненный клин. Ширина клина зависит от имеющейся или необходимой световой энергии и от требуемого оптического разрешения. При более широком секторе больше световой энергии 34 будет направляться на детектор 80, но четкость линий или разрешение признаков изображения 12′ будет несколько ухудшено. При более узком секторе будет достигаться лучшее разрешение линий, но при соответствующем возрастании сложности получающегося обобщения формы образа и повышении сложности и снижении интенсивности световой энергии, направляемой на детектор 80. Кроме того, по причинам, вытекающим из экономических соображений и эффективности, могут быть практические ограничения в части того, насколько узкими и близкими могут быть сделаны клинья с учетом наличия соединительных электрических дорожек в ограниченной активной оптической области 54. Поэтому при выборе размера сектора предпочтительно соблюдать компромисс между разрешением, возможностью обнаружения и соображениями, касающимися размеров. Кроме того, для специализированных применений для захвата из изображения 12 не линий, а иных форм, могут быть использованы различные конфигурации (не показанные), например, овальные или другие конфигурации.

На число активных оптических сегментов в секторе, например на четыре сегмента 502, 504, 506, 508 сектора 500, также налагаются аналогичные ограничения. При меньших сегментах меньше световой энергии направляется на детектор 80, но может обеспечиваться большее разрешение характеристик формы изображения 12′, тогда как при более крупных сегментах больше световой энергии направляется на детектор 80 и, следовательно, облегчается обнаружение, но разрешение падает. В случае применений с меньшим разрешением или потребности в меньшем разрешении даже может не возникать необходимость разделения секторов на сегменты, и в этом случае в настоящем изобретении должны использоваться радиальные пространственные модуляторы света, в которых каждый сектор 500, 510, 520, 530, 540, 550, 560, 570, 580, 590, 600, 610, 620, 630, 640, 650 не сегментирован и, следовательно, для каждого сектора имеется один активный оптический элемент. Однако тот же самый эффект меньшего разрешения можно получить в варианте осуществления модулятора 50, показанного на фигурах 1-3, путем одновременной активизации всех сегментов 502, 504, 506, 508 в секторе, как описано выше.

В предпочтительном варианте осуществления модулятора 50 света каждый сектор, например сектор 500, содержит четыре индивидуально адресуемых активных оптических сегмента, например сегменты 502, 504, 506, 508, показанные на фигуре 3, хотя в соответствии с этим изобретением также можно использовать любое число сегментов, а не четыре. Длина каждого последующего отстоящего по радиусу наружу сегмента в два раза больше следующего соседнего сегмента, отстоящего по радиусу внутрь. Поэтому в секторе 500 близкий к внутреннему сегмент 504 примерно в два раза длиннее по сравнению с внутренним сегментом 502. Точно так же близкий к внешнему сегмент 506 примерно в два раза длиннее по сравнению с близким к внутреннему сегментом 504, а внешний сегмент 508 примерно в два раза длиннее по сравнению с близким к внешнему сегментом 506. Выразим это другим путем, если радиальная длина внутреннего сегмента 502 равна L, то радиальная длина близкого к внутреннему сегмента 504 равна 2L, радиальная длина близкого к внешнему сегмента 506 равна 4L, а радиальная длина внешнего сегмента 508 равна 8L. Расстояние d между оптической осью 40 и внутренним краем 501 внутреннего сегмента 502 равно примерно длине L внутреннего сегмента 502, так что диаметр центральной области 57 равен примерно 2L. Эти пропорциональные длины активных оптических сегментов обеспечивают возможность захвата внутренними сегментами (например, 502) признаков формы изображения 12′ в пределах около 25-30% размера изображения 12′, сформированного пространственным модулятором 26 света на фигуре 5, захвата близкими к внутреннему сегментами (например, 504) признаков формы изображения 12′ в пределах около 12 1/2-25% размера изображения 12′, захвата близкими к внешнему сегментами (например, 506) признаков формы изображения 12′ в пределах около 6 1/4-12 1/2% размера изображения 12′ и захвата внешними сегментами (например, 508) признаков формы изображения 12′ в пределах около 3 1/8-6 1/4% размера изображения 12′. Поэтому в том случае, когда световая энергия падает на центральную часть 41 области, любые признаки изображения 12′, которые имеют размеры свыше 50% размера изображения 12′, могут быть либо захвачены и обнаружены в качестве показателя общей яркости изображения 12′ для контроля интенсивности или калибровки, либо могут быть просто не учтены и не захвачены и не обнаружены совсем, поскольку их мало, если вообще имеется пригодная информация о форме или содержание в световой энергии, которое включает в себя эти 50% размера изображения 12′. Точно так же в этой предпочтительной конфигурации приблизительно 3 1/8% содержания размера изображения 12′, которое находится в радиальном направлении снаружи, за пределами внешних сегментов, не обнаруживается, и его можно проигнорировать. Свет в центральной части 41 может быть сделан оптически активным для захвата падающей световой энергии в том случае, когда это требуется для захвата и обнаружения такой световой энергии для индикации общей яркости, контроля интенсивности или для калибровки, что после ознакомления с этим изобретением станет понятно специалистам в области техники, к которой относится изобретение, и будет находиться в пределах их возможностей. Конечно, в рамках объема этого изобретения могут быть также изготовлены и использованы другие конфигурации сегментированного радиального пространственного модулятора 50 света.

Хотя радиальная конфигурация активных оптических секторов с или без множества активных оптических сегментов в каждом секторе пространственного модулятора 50 света является существенным признаком этого изобретения, специалисты в области проектирования и изготовления пространственных модуляторов света после ознакомления с особенностями и принципами этого изобретения смогут легко понять конструкцию и работу такого пространственного модулятора 50 света и при этом имеется много материалов, способов изготовления и т.п., известных специалистам в области техники, к которой относится изобретение, пригодных для проектирования, изготовления и использования известных пространственных модуляторов света, применимых в качестве специализированных пространственных модуляторов света в вариантах осуществления этого изобретения. Поэтому для изготовления и использования этого изобретения специалистам в области техники, к которой относится изобретение, не требуется подробное перечисление таких доступных материалов. Тем не менее теперь со ссылками на фигуру 4 в сочетании с фигурами 1-3 и 5 будет показано, каким образом осуществляются выбор и активизация любого отдельного активного оптического сегмента, например близкого к внешнему сегмента 506 и внешнего сегмента 508, и происходит их функционирование при избирательном обнаружении световой энергии от оптического образа 32 преобразования Фурье, которая попадает на такие сегменты.

Как показано на фигуре 4, оптические активные сегменты 506, 508, которые являются типичными активными оптическими сегментами, представляют собой часть интегральной схемы 52, которая закреплена на основании чипа или на платформе 56. Интегральная схема 52 имеет материал 180 с переменным двойным лучепреломлением, такой как жидкокристаллический материал, заключенный между двумя прозрачными подложками 182, 184, например, из высококачественного стекла. Материал 180 с переменным двойным лучепреломлением чувствителен к напряжению, которое изменяет его двойное лучепреломление в области приложения напряжения вследствие поворота плоскости поляризации света, который проходит через материал 180. Граница между близким к внешнему сегментом 506 и внешним сегментом 508 образована путем выделения соответствующих металлических слоев 186, 188. Прерывающий диэлектрический или электроизоляционный материал 185 может быть использован для поддержания этих металлических слоев 186, 188 электрически разделенными. Как можно видеть при одновременном рассмотрении фигур 3 и 4, электропроводная дорожка 507 соединена с металлическим слоем 186 близкого к внешнему сегмента 506, а дорожка 509 присоединена к металлическому слою 188 внешнего сегмента 508. В сущности, электрические дорожки 507, 509 и металлические слои 186, 188 могут быть получены путем одновременного осаждения одного и того же металла на заднюю подложку 184 во время изготовления интегральной схемы 52, что должно быть понятно и должно находиться в пределах возможностей специалистов в области проектирования и изготовления пространственных модуляторов света после получения ими информации о принципах этого изобретения. Поэтому металлические слои 186, 188 могут быть адресованы индивидуально с помощью их соответствующим образом присоединенных дорожек 507, 509 при подаче положительного (+) или отрицательного (-) напряжений V₁ и V₂ соответственно на дорожки 507, 509.

Прозрачный проводящий слой 190, осажденный на переднюю подложку 182, подключен посредством другого вывода 513 к другому напряжению V₃. Поэтому можно приложить напряжение к части жидкокристаллического материала 180, которая заключена между металлическим слоем 186 и прозрачным проводящим слоем 190, например, задав V₁ положительным и V₃ отрицательным и наоборот. Точно так же можно приложить напряжение к части жидкокристаллического материала 180, которая заключена между металлическим слоем 188 и прозрачным проводящим слоем 190, например, задав V₂ положительным и V₃ отрицательным и наоборот.

Как упоминалось выше, функция соответствующих сегментов 506, 508 заключается в повороте плоскости поляризации отдельных частей падающего светового пучка 27(p) с тем, чтобы эти части светового пучка 27(p), которые переносят соответствующие части оптического образа 31 преобразования Фурье, могли быть отделены и локализованы от оставшейся части светового пучка 27(p) для обнаружения посредством матрицы 82 фоточувствительных датчиков (фигура 5). Как понятно специалистам в области техники, к которой относится изобретение, существует большое количество вариантов пространственных модуляторов света, конструкций и материалов, которые могут обеспечить требуемые функциональные результаты, некоторые из которых имеют преимущества и/или недостатки перед другими, такие как скорость переключения, эффективность передачи света, стоимость и т.п., и многие из которых доступны и обеспечат удовлетворительные результаты при использовании в этом изобретении. Поэтому только в качестве пояснения, но не для ограничения, радиально сегментированный пространственный модулятор света, показанный на фигуре 4, может иметь соответствующие выровненные слои 192, 194, осажденные на прозрачный проводящий слой 190 на подложке 182 и на металлические слои 186, 188 на подложке 184. Как хорошо известно в области техники, к которой относится изобретение, в зависимости от типа использованного жидкокристаллического материла 180 эти выровненные слои 192, 194 очищают щеткой или полируют в направлении, необходимом для согласования с пограничным жидким кристаллом. См., например, Goodman J., “Introduction to Fourier optics”, 2^nd ed., chapter 7 (The McGraw Hill Companies, Inc.), 1996. Для сохранения прозрачности на наружную поверхность стеклянной подложки 182 может быть осажден антиотражающий слой 196.

В одном примере устройства, но несомненно не только в одном, может быть использован жидкокристаллический материал 180, который пропускает свет 27(p), не влияя на поляризацию, если к жидкокристаллическому материалу 180 приложено достаточное напряжение, и действует как четвертьволновый замедлитель, когда к жидкокристаллическому материалу напряжение не приложено. Нескрученный кристалл 180, который является двоякопреломляющим в нескрученном состоянии, может работать таким образом. Поэтому, например, когда к жидкокристаллическому материалу 180 в сегменте 508 напряжение не приложено, поворот молекул жидкокристаллического материала 180 во внешнем сегменте 508 отсутствует, а жидкокристаллический материал во внешнем сегменте 508 при соответствующем выборе толщины согласно спецификациям производителей жидких кристаллов будет функционировать как четвертьволновая пластинка и преобразовывать p-поляризованный свет 27(p), падающий на внешний сегмент 508, в свет с круговой поляризацией при прохождении его через нескрученный жидкий кристалл 180. При достижении светом металлического слоя 188, который является отражающим, он отражается и проходит через жидкокристаллический материал, претерпевая еще одно четвертьволновое замедление с преобразованием круговой поляризации в линейную поляризацию, но уже в s-плоскости, которая ортогональна к p-плоскости. Поэтому отраженный свет 61(s) имеет плоскость поляризации, эффективно повернутую на 90° относительно падающего света 27(p).

Между тем, при наличии напряжения, например, на близком к внешнему сегменте 506, достаточного для поворота длинных осей молекул жидкого кристалла до совмещения с направлением распространения волн 27(p) падающего света, исключается двойное лучепреломление жидкокристаллического материала 180 и не изменяется линейная поляризация света либо при первом прохождении через жидкокристаллический материал 180, либо при втором прохождении через жидкокристаллический материал после его отражения металлическим слоем 186. Следовательно, при условии приложения напряжения к жидкокристаллическому материалу 180 в близком к внешнему сегменте 506 отраженный свет 61(p) будет поляризованным в p-плоскости, то есть в той же самой плоскости, что и падающий свет 27(p).

Для многих жидкокристаллических материалов необходимо напряжение смещения со средним значением, равным нулю, которое может быть обеспечено приложением напряжения V₃, описываемого функцией в виде меандра с чередованием положительных и отрицательных напряжений в течение равных промежутков времени. Поэтому для того, чтобы напряжение на жидкокристаллическом материале 180 отсутствовало, другие напряжения V₁, V₂ и т.д. могут возбуждаться в фазе и быть равными с напряжением V₃. Однако для приложения напряжения на жидкокристаллический материал 180 вблизи отдельных металлических слоев 186, 188 и т.д. для активизации отдельных сегментов 506, 508 и т.д., описанных выше, соответствующее напряжение V₁ или V₂ может быть возбуждено с несовпадением по фазе с напряжением V₃. Если частота изменения функции в виде меандра согласована с частотой переключения жидкокристаллического материала 180, то одной половины периода несовпадения по фазе напряжения V₁, V₂ и т.д. будет достаточно для активизации жидкокристаллического материала 180 для поворота плоскости поляризации света, описанного выше.

Как упоминалось выше, при приложении напряжения другие альтернативные конструкции и другие известные жидкокристаллические материалы могут дать противоположные результаты. Например, скрученные жидкие кристаллы 180 можно использовать для поворота плоскости поляризации под напряжением без влияния на плоскость поляризации при отсутствии напряжения.

Опять обратимся в основном к фигуре 5, продолжая обращать внимание на фигуру 4, где световая энергия в пучке 27′(p), который проходит через поляризующие светоделители 116 и 70 без отражения плоскостями 118 и 72, фокусируется в виде оптического образа 32 преобразования Фурье на сегментированном радиальном пространственном модуляторе 50 света. Как описано выше, выбранные активные оптические сегменты, например сегменты 502, 504, 506, 508, в сегментированном радиальном пространственном модуляторе 50 света могут поворачивать плоскость поляризации частей падающего светового пучка 27(p) для отделения и локализации световой энергии из выбранных частей оптического образа 32 преобразования Фурье для обнаружения посредством фотодетектора 80. Компьютер 20 может быть запрограммирован на подачу сигналов по линии 198 к сегментированному радиальному пространственному модулятору 50 света для выбора и согласования активизации отдельных сегментов, например сегментов 502, 504, 506, 508, с отображениями отдельных изображений 12, 14,…, n. Компьютер 20 также может быть запрограммирован на синхронизацию лазерного источника 23 по линии 29 для обеспечения требуемой световой энергии 24 при активизации выбранных сегментов сегментированного радиального пространственного модулятора 50 света.

Как пояснялось выше, свет 61(s), отраженный от сегментированного радиального пространственного модулятора 50 света, например, свет, поляризованный в s-плоскости, отраженный от активизированного сегмента, не проходит обратно через поляризующий светоделитель 70, равно как и p-поляризованный отраженный свет. Вместо этого s-поляризованный отраженный свет 61(s) отражается плоскостью 72 в поляризующем светоделителе 70 к фотодетектору 80. Линза 78 увеличивает до требуемого размера и фокусирует выделенный пучок 61(s) на матрицу 82 фоточувствительных датчиков 80.

Как упоминалось выше, матрица 82 фоточувствительных датчиков может быть матрицей, имеющей 16×16 отдельных датчиков 84 света, например приборов с зарядовой связью, показанных на фигуре 5, или может быть любой другой с разнообразными иными размерами и конфигурациями. Координаты x, y индивидуальных датчиков 84 в матрице 82, посредством которой обнаруживается свет 61(s), могут быть связаны с компьютером 20 или с другим контроллером, или с регистрирующим устройством для передачи информации об интенсивности (I) света по линии 86, при этом она может быть связана с информацией об изображении 12, 14,…, n и угловой ориентации и/или о радиальном положении активизированного сегмента (активизированных сегментов) в сегментированном радиальном пространственном модуляторе 50 света, который формирует пучок 61(s) для детектора 80.

Процесс пространственной фильтрации, описанный выше, и процесс определения характеристик изображения 12 с помощью содержания формы показаны более детально на фигурах 6а-с, 7а-с, 8а-с, 9а-с и 10а-с. Сначала обратимся к фигуре 6а, где активная оптическая область 54 из фигур 1 и 2 показана на фигуре 6а на примере секторов 500, 510, 520, 530, 540, 550, 560, 570, 580, 590, 600, 610, 620, 630, 640, 650, но для исключения перегрузки чертежа без электрических дорожек, которые были описаны выше и показаны на фигурах 1-3. Как упоминалось выше, секторы могут быть любой требуемой ширины или ориентированы в любых требуемых угловых направлениях, но удобная, экономичная и эффективная конфигурация получается при ширине секторов 11,25°. Например, круг протяженностью 360° делят на 32 сектора шириной 11,25° каждый, а полукруг протяженностью 180° делят на шестнадцать секторов шириной 11,25° каждый. Кроме того, как упоминалось выше, распределение световой энергии в любом полукруге оптического образа 32 преобразования Фурье является симметричным по отношению к противолежащему полукругу. Поэтому обнаружение образа световой энергии в одном полукруге оптического образа 32 преобразования Фурье, например в полукруге с угловой протяженностью от 0 до 180°, обеспечивает получение полезной информации о всем изображении 12′, а обнаружение образа световой энергии в противолежащем полукруге с угловой протяженностью от 180 до 360° обеспечивает получение той же самой информации. Следовательно, для уменьшения количества шумовых сигналов и лучшей разводки электрических проводников (показанных на фигурах 1-3) некоторые из секторов могут быть расположены в одном полукруге оптического участка 54 вместе с находящимися между ними участками для разводки электрических проводников (показанных на фигурах 1-3), тогда как другие из секторов могут быть расположены в противолежащем полукруге оптического участка 54, диаметрально противоположно промежуточным участкам. Например, когда круг разделен на 32 сектора шириной 11,25° каждый, только 16 этих секторов, таких как секторы 500, 510, 520, 530, 540, 550, 560, 570, 580, 590, 600, 610, 620, 630, 640, 650, выполнены оптически активными для обнаружения всей световой энергии, падающей на область 54. Все 16 таких оптически активных секторов могут быть расположены в одном полукруге области 54 или, как пояснялось выше, более удобно расположить некоторые из оптически активных секторов в одном полукруге вместе с промежуточными участками, а другие – в противолежащем полукруге, диаметрально противоположно промежуточным участкам, и при этом получить меньше шумовых сигналов. В примере из фигуры 6а любые восемь из секторов, например секторы 640, 650, 500, 510, 520, 530, 540, 550, разделенные неактивными участками 641, 651, 501, 511, 521, 531, 541, расположены в одном полукруге области 54, тогда как остальные восемь секторов 560, 570, 580, 590, 600, 610, 620, 630, также разделенных неактивными участками 561, 571, 581, 591, 601, 611, 621, могут быть расположены в противолежащем полукруге, как показано на фигуре 6а. Когда каждый из 16 активных оптических секторов 500, 510, 520, 530, 540, 550, 560, 570, 580, 590, 600, 610, 620, 630, 640, 650 в этой конструкции расположен диаметрально противоположно неактивному участку, то благодаря симметрии оптического образа 32 преобразования Фурье (фигура 5) обеспечивается возможность эффективного распределения всей световой энергии, направляемой этими секторами, по оптическому образу 32 преобразования Фурье.

Кроме того, использование этого принципа облегчает конструирование и изготовление эффективного сегментированного радиального пространственного модулятора 50 света, поскольку для всякого активного оптического сектора может иметься соседний неактивный сектор или участок, предназначенный для размещения электропроводных дорожек к сегментам, что можно видеть при повторном обращении к фигурам 2 и 3. Например, неактивный участок 651 между активными оптическими сегментами 500 и 650 предназначен для размещения дорожек 503, 505 и 507 (показанных на фигуре 3) к соответствующим сегментам 502, 504, 506 активного оптического сектора 500. Чтобы иметь активные оптические секторы для обнаружения световой энергии, падающей на неактивные участки, например, на неактивный участок 501 на фигуре 6а между активными оптическими секторами 500, 510, применяют вышеописанный принцип симметрии путем образования активного оптического сектора 509 на месте, диаметрально противоположном указанному неактивному участку 501. Поэтому обнаружение световой энергии в активном оптическом секторе 590 представляет собой эффективное обнаружение световой энергии, падающей на неактивную область 501 между секторами 500, 510. Чтобы иметь активный оптический сектор, расположенный диаметрально противоположно неактивному участку, два активных оптических сектора, например секторы 550, 560, располагают вблизи друг друга без какого-либо значительного промежуточного неактивного участка, так что диаметрально противоположный неактивный участок 631 оказывается в два раза больше по сравнению с другими неактивными участками. Поэтому в соответствии с вышеописанным принципом симметрии по существу вся световая энергия 34 оптического образа 32 преобразования Фурье (фигура 5) обнаруживается посредством шестнадцати активных оптических секторов 500, 510, 520, 530, 540, 550, 560, 570, 580, 590, 600, 610, 620, 630, 640, 650 шириной 11,25°.

Снова вернемся к фигуре 6а, на которой вертикальное угловое направление произвольно обозначено как 0°, тогда как горизонтальное угловое направление – как 90°. Каждый активный оптический сектор 500, 510, 520, 530, 540, 550, 560, 570, 580, 590, 600, 610, 620, 630, 640, 650 имеет ширину около 11,25°. Активные оптические секторы в направлении по часовой стрелке от сектора 640 до сектора 550 разделены соответствующими неактивными участками 641, 651, 501, 511, 521, 531, 541 шириной 11,25°. Поэтому каждый активный оптический сектор в направлении по часовой стрелке от сектора 560 до сектора 630 расположен диаметрально противоположно соответствующему неактивному участку 561, 571, 581, 591, 601, 611, 621. Следовательно, все распределение световой энергии в оптическом образе преобразования Фурье (фигура 4), падающей на активную область 54, может быть обнаружено на интервалах 11,25° посредством секторов 500, 510, 520, 530, 540, 550, 560, 570, 580, 590, 600, 610, 620, 630, 640, 650 шириной 11,25°, расположенных так, как описано выше.

Например, характеристика световой энергии, которая падает как на вертикальный сектор 500 шириной 11,25°, центрированный относительно 0°, так и на неактивный участок 581, центрированный относительно 180°, может быть определена при эффективной активизации оптических сегментов 502, 504, 506, 508 сектора 500. Характеристика световой энергии, которая падает на сектор 590 шириной 11,25°, центрированный относительно 191,25°, а также на неактивный участок 501, центрированный относительно 11,25°, может быть эффективно определена при активизации активных оптических сегментов сектора 590, поскольку активный оптический сектор 590 центрирован диаметрально противоположно неактивному участку шириной 11,25°. Характеристика световой энергии, которая падает либо на сектор 510 шириной 11,25°, центрированный относительно 22,5°, либо на неактивный участок 591, центрированный относительно 202,5°, может быть определена при активизации активных оптических сегментов сектора 510. Характеристика световой энергии, которая падает либо на неактивный участок шириной 11,25°, центрированный относительно 33,75°, либо на активный сектор 600, центрированный относительно 213,75°, может быть определена при активизации активных оптических сегментов сектора 600, который центрирован диаметрально противоположно 33,75° относительно 213,75°. Характеристика световой энергии, которая падает либо на сектор 520 шириной 11,25°, центрированный относительно 45°, либо на неактивный участок 601, центрированный относительно 225°, может быть определена при активизации активных оптических сегментов сектора 520. Характеристика световой энергии, которая падает либо на неактивный участок 521 шириной 11,25°, центрированный относительно 56,25°, либо на активный сектор 610, центрированный относительно 236,25°, может быть определена при активизации активных оптических сегментов сектора 610, который центрирован диаметрально противоположно 56,25° относительно 256,25°. Характеристика световой энергии, которая падает либо на сектор 530 шириной 11,25°, центрированный относительно 67,5°, либо на неактивный участок 611, центрированный относительно 247,5°, может быть определена при активизации активных оптических сегментов сектора 530. Характеристика световой энергии, которая падает либо на неактивный участок 531 шириной 11,25°, центрированный относительно 78,75°, либо на активный сектор 620, центрированный относительно 258,75°, может быть определена при активизации активных оптических сегментов сектора 620, который центрирован диаметрально противоположно 78,75° относительно 258,75°. Характеристика световой энергии, которая падает либо на сектор 540 шириной 11,25°, центрированный относительно 90°, либо на неактивный участок 621, центрированный относительно 270°, может быть определена при активизации активных оптических сегментов сектора 540. Характеристика световой энергии, которая падает либо на неактивный участок 541 шириной 11,25°, центрированный относительно 101,25°, либо на активный сектор 630, центрированный относительно 281,25°, может быть определена при активизации активных оптических сегментов сектора 630, который центрирован диаметрально противоположно 101,25° относительно 281,25°. Характеристика световой энергии, которая падает либо на сектор 550 шириной 11,25°, центрированный относительно 112,5° диаметрально противоположно неактивному участку 631, который центрирован относительно 292,5°, может быть определена при активизации активных оптических сегментов сектора 550. Характеристика световой энергии, которая падает на сектор 550 шириной 11,25°, центрированный относительно 123,75° диаметрально противоположно неактивному участку 631, который центрирован относительно 303,75°, может быть определена при активизации активных оптических сегментов сектора 560. Характеристика световой энергии, которая падает на неактивный участок 561 шириной 11,25°, центрированный относительно 135°, или на активный сектор 640, центрированный относительно 315°, может быть определена при активизации активных оптических сегментов сектора 640, который центрирован диаметрально противоположно 135° относительно 315°. Характеристика световой энергии, которая падает на сектор 570 шириной 11,25°, центрированный относительно 146,25°, или на неактивный участок 641, центрированный относительно 326,25°, может быть определена при активизации активных оптических сегментов сектора 570. Характеристика световой энергии, которая падает на неактивный участок 571 шириной 11,25°, центрированный относительно 157,5°, или на активный сектор 650, центрированный относительно 337,5°, может быть определена при активизации активных оптических сегментов сектора 650, который центрирован диаметрально противоположно 157,5° относительно 337,5°. Наконец, характеристика световой энергии, которая падает на сектор 580 шириной 11,25°, центрированный относительно 168,75°, или на неактивный участок 651, центрированный относительно 348,75°, может быть определена при активизации активных оптических сегментов сектора 580.

Хотя необязательно было приводить громоздкое описание способа определения формы и функциональных возможностей всех активных оптических сегментов всех секторов 500, 510, 520, 530, 540, 550, 560, 570, 580, 590, 600, 610, 620, 630, 640, 650, оно может быть полезным для понимания изобретения и в качестве иллюстрации и описания функциональных возможностей и результатов активизации активных оптических сегментов в активной оптической области 54 на основании нескольких представительных примеров. Поэтому на фигуре 6а показана активизация внешнего сегмента 508 активного оптического сектора 500 путем изображения полос световой энергии 34 от оптического образа 32 преобразования Фурье, которая падает на и отражается внешним сегментом 508. Эти полосы световой энергии 34, которые в оптическом образе 32 преобразования Фурье диспергированы дальше всего по радиусу наружу в вертикальном направлении, первоначально происходят от и соответствуют по существу вертикально направленным линиям, краям, признакам или деталям в изображении 12′, которые имеют более высокую пространственную частоту, таким как по существу вертикальные линии бампера и решетки 35 на фигуре 6b. Как пояснялось выше, световая энергия 34 от более сложных или близко расположенных вертикальных частей или линий 66 (то есть с более высокой пространственной частотой), например, от переднего бампера и решетки 35 изображения 12′, диспергируется по радиусу дальше наружу от оптического центра или оси 40 и поэтому может быть обнаружена посредством активизации внешних сегментов 506, 508 вертикального сектора 500, тогда как световая энергия 34 от менее сложных, более локализованных или частично локализованных или от более разнесенных вертикальных частей, краев или линий (то есть с меньшей пространственной частотой), таких как по существу вертикальные части или линии 66′ багажника и части заднего бампера в изображении 12′ на фигуре 6b, диспергируется в радиальном направлении не столь далеко от оптического центра или оси 40 и может быть легче обнаружена с помощью внутренних сегментов 502, 504. Как пояснялось выше, интенсивность световой энергии 34 в этих дисперсионных полосах зависит от яркости соответствующих вертикальных признаков 35, 66, 66′ в изображении 12′. И опять, при необходимости центральную часть 41 активной оптической области 54 можно проигнорировать, поскольку световая энергия 34 в и вблизи центра или оси 40 картины 32 преобразования Фурье (фигура 5) исходит от признаков в изображении 12′ с очень низкими пространственными частотами или по существу с нулевой пространственной частотой, вносящей вклад в общую яркость изображения, которая влияет очень мало, если вообще влияет, на определение формы. С другой стороны, что также пояснялось выше, центральная часть 61 может быть выполнена в виде активного оптического компонента для захвата и отражения световой энергии, падающей на центральный участок 41, к детектору 80 в качестве показателя общей яркости, которая может быть полезна при калибровке, настройке яркости источника 25(s) света (фигура 5), калибровке по интенсивности датчиков 84 в детекторе 80 и т.п.

Полосы 34 световой энергии, отраженные активизированным внешним сегментом 508, фильтруются при прохождении через поляризующий светоделитель 70 и проецируются на фотодетектор 80 (фигура 5) в виде профильтрованного оптического образа 60, который состоит в основном из вертикальных линий или полос 62 световой энергии, схематично показанных на фигуре 6с. Как обсуждалось выше, световая энергия в профильтрованном оптическом образе 60 обнаруживается посредством датчиков 84 света в матрице 82 датчиков. Осуществляют регистрацию интенсивности (I) световой энергии на каждом датчике 84, а также местоположение датчика (пикселя), предпочтительно в координатах x-y, и углового положения (R) сектора 500. Также регистрируют радиальное положение или масштабный коэффициент (S) активизированного сегмента 508, например, в виде значений RIXSel (сочетаний угловой ориентации, интенсивности световой энергии для каждого пикселя, коэффициента искажений и масштабного коэффициента), рассмотренных выше. Эти значения могут сохраняться в базе 102 данных вместе с информацией о характеристиках изображения, таких как идентификация изображения, местонахождение источника (унифицированный указатель ресурсов, адрес базы данных и т.п.) изображения 12, цифровой формат, разрешение, цвет, текстура, форма, категория предмета) и т.п.

С целью дальнейшей иллюстрации на фигуре 7а показан близкий к внутреннему сегмент 504 активного оптического сектора 500, выбранный для поворота плоскости поляризации выбранных участков полос 34 световой энергии от оптического образа 32 преобразования Фурье для локализации посредством поляризующего светоделителя 70 и после этого обнаружения посредством фотодетектора 80. Сегмент 504, близкий к внутреннему, также находится в вертикально ориентированном секторе 500, но он расположен или сдвинут по радиусу ближе к оптической оси 40, чем +внешний сегмент 508, который был активизирован в предыдущем примере. Поэтому этот близкий к внутреннему сегмент 504, когда он активизирован, захватывает световую энергию 34 в оптическом образе 32 преобразования Фурье, которая также соответствует вертикальным линиям, краям и т.д. изображения 12′, но такие линии, края и т.д. имеют более низкую пространственную частоту, чем те, которые выбираются посредством внешнего сегмента 508. Например, вместо близко расположенных, вертикально ориентированных бампера и решетки 35 световая энергия 34 от оптического образа 32 преобразования Фурье, выбранная посредством близкого к внутреннему сегмента 504, в большей степени может быть характеристикой частично локализованных в пространстве вертикальных краев 66′ крышки багажника и других вертикальных линий и краев 66 аналогичной частичной локализации в изображении 12′ автомобиля на фигуре 6b. Поэтому полосы 62 световой энергии в результирующем профильтрованном пучке 61(s), показанные на фигуре 7с в оптическом образе 60, являются характеристикой такого содержания 66, 66′ вертикальной формы в изображении 12′.

Другой пример угловой ориентации световой энергии 34 от оптического образа 32 преобразования Фурье показан на фигурах 8а-с. В этом примере сегмент 526, близкий к внешнему сегменту, активизируется для захвата света от линий, краев или признаков, вытянутых по радиусу на угловом направлении, отстоящем от вертикали на 45°. Такая световая энергия 34 является характеристикой линий, краев или признаков в изображении 12′, которые вытянуты под углом около 45° и которые имеют некоторую пространственную частоту, то есть не являются локализованными, возможно такими, как оконная стойка и опора 67 крыши на фигуре 8b. Такие, ориентированные под углом 45° линии в изображении 12′ с еще меньшей пространственной частотой, то есть даже еще более локализованные, например, крыло и края 67′ капота, могут быть в большей степени захвачены близким к внутреннему сегментом 524 или внутренним сегментом 522, хотя возможно, что некоторая часть такой световой энергии может быть также захвачена близким к внешнему сегментом 506. Отраженный и профильтрованный пучок 61(s) вместе с оптическим образом 60 для этих ориентированных под углом 45° содержаний формы имеет полосы 62 световой энергии, ориентированные под углом около 45°, схематично показанные на фигуре 8с. Такие полосы 62 световой энергии обнаруживают посредством датчиков 84 фотодетектора 84 (фигура 5) и регистрируют и сохраняют как характеристику пространственной частоты ориентированного под углом 45° содержания формы изображения 12′.

Захват и обнаружение горизонтальных частей линий, краев и признаков 68, 68′ изображения 12′ осуществляют путем активизации одного или нескольких сегментов 542, 544, 546, 548 горизонтального сектора 540, который ориентирован под углом 90° относительно вертикали, 0°. Часть световой энергии 34, которая отражается активизированным сегментом 542, 544, 546, 548 горизонтального сектора 540, является характеристикой всех по существу горизонтальных признаков, частей и линий 68 изображения 12′, показанного на фигуре 9b. Некоторые криволинейные признаки, части или линии в изображении 12′ имеют участки или линейные отрезки 68′, которые также являются по существу горизонтальными, так что эти горизонтальные участки или линейные отрезки 68′ также вносят вклад в световую энергию 34, которая отражается горизонтальным сектором 540 на фигуре 9а. Полосы 62 световой энергии в профильтрованном образе 60, показанном на фигуре 9с, получающиеся вследствие горизонтальной ориентации активизированных сегментов 542, 544, 546, 548 на фигуре 9а, также ориентированы по существу горизонтально и являются показателем некоторых или всех характеристик 68, 68′ формы изображения 12′, которые ориентированы по существу горизонтально. И опять, внутренние сегменты 542, 544 активизируют для обнаружения полос 34 световой энергии от оптического образа 32 преобразования Фурье, которые рассеяны ближе к оптической оси 40 и поэтому являются характеристикой более низкой пространственной частоты, содержания горизонтальных форм изображения 12′, тогда как при более высокой пространственной частоте содержание горизонтальных форм может быть обнаружено при активизации внешних сегментов 546, 548 горизонтального сектора 540. Поэтому, как было описано выше, обнаружение полос 62 световой энергии на фигуре 9с посредством матрицы 82 датчиков (фигура 5) способствует кодированию и регистрации характеристик горизонтальных форм изображения 12′.

Пример более чем одного активизированного сегмента 598 в секторе 590 на фигуре 10а показан для описания симметричности обнаружения световой энергии, описанной выше. Как пояснялось выше, полосы 34 световой энергии от оптического образа 32 преобразования Фурье, которая падает на неактивный участок между активными оптическими секторами 500, 510, являются симметричными относительно диаметрально противоположных полос 34 световой энергии, которая падает на активные оптические сегменты 592, 594, 596, 598 в секторе 590. Поэтому при активизации сегмента, например внешнего сегмента 598, показанного на фигуре 10а, будет обеспечиваться возможность эффективного обнаружения диаметрально противолежащей эквивалентной световой энергии 34, которая падает между сегментами 508, 518 соответствующих секторов 500, 510. Подобно вышеуказанному при активизации любого другого сегмента 592, 594, 595 обеспечивается возможность эффективного обнаружения других диаметрально противолежащих частей световой энергии, которая падает на неактивный участок 501 между активными секторами 500 и 510. Поэтому обнаружение световой энергии 34, падающей на сектор 590, который в примере согласно фигуре 10а центрирован относительно 191,25°, эквивалентно обнаружению световой энергии 34, падающей на неактивный участок 501, центрированный относительно 11,25°. Обратное также соблюдается, то есть обнаружение световой энергии 34, падающей на вертикальный сектор 500, что показано на фигурах 6а и 7а и описано выше, эквивалентно обнаружению световой энергии от оптического образа 32 преобразования Фурье, которая падает на неактивный участок 581 между активными секторами 580 и 590.

Снова обратимся к фигурам 10а-с, где световая энергия, обнаруженная в секторе 590, соответствует содержанию 69 формы, такому как линии, края, части кривых и т.п. в изображении 12′, которое ориентировано по существу под углом около 191,25° и, будучи линейным, может быть представлено как ориентированное под углом около 11,25°. Полосы 62 световой энергии в отраженном и профильтрованном оптическом образе 60 также имеют ту же самую угловую ориентацию, которая является характеристикой содержания линейных форм изображения 12′, имеющего эту же угловую ориентацию, и имеют более высокую пространственную частоту, если отражаются посредством внешних сегментов 596, 598, или более низкую пространственную частоту, если отражаются посредством внутренних сегментов 592, 594. Оптические образы 60, являющиеся результатом таких различных отраженных частей оптического образа 32 преобразования Фурье, обнаруживают, как описано выше, посредством датчиков 84 в матрице 82 датчиков для записи и сохранения.

Теперь должно быть понятно, что при любой конкретной угловой ориентации R сегментов секторов в активной оптической области 54 обеспечивается возможность обнаружения всех характеристик формы изображения 12′, которые имеют по существу одинаковую угловую ориентацию. Должно быть ясно, что радиальное отнесение наружу или масштабирование (S) сегментов соотносится с пространственной частотой таких характеристик формы. Таким образом, все характеристики формы изображения 12′ могут быть определены путем обнаружения полос 62 соответствующих профильтрованных образов 60 при наличии сегментов на всех угловых направлениях. Однако, как упоминалось выше, для большинства задач достаточно обнаруживать некоторую часть, предпочтительно большую часть, но необязательно все характеристики формы изображения 12′, путем выбора для обнаружения полос 34 световой энергии из профильтрованных образов 60 при определенных выбранных приращениях угловой ориентации или поворота R. Очевидно, что чем больше приращения угловой ориентации секторов при обнаружении полос 34 световой энергии, тем будут менее точными обнаруженные характеристики или содержания формы изображения 12′. С другой стороны, чем меньше приращения угловой ориентации, тем больше будет данных, подлежащих обработке. Поэтому при выборе угловых приращений секторов, в соответствии с которыми будет осуществляться обнаружение и регистрация полос 34 световой энергии, может быть предпочтительным нахождение некоторого компромисса между необходимой или требуемой точностью характеристик формы и скоростью и эффективностью обработки данных и памятью, необходимой для достижения такой точности. Например, но не для ограничения, полагают, что обнаружение и регистрация характеристик формы при угловых приращениях в пределах от примерно 5 до 20°, предпочтительно 11,25°, должны быть достаточными для большей части задач. Кроме того, угловые участки обнаружения можно изменять. Например, даже если активные оптические секторы ориентированы на обнаружение характеристик формы при угловых приращениях 11,25°, активные оптические участки могут быть узкими, например, в пределах от 3 до 8°, больше или меньше, при которых будет отфильтровываться часть оптической энергии из оптического образа 32 преобразования Фурье между секторами. Однако в зависимости от конкретных применений способа для решения конкретных проблем или задач такие потери световой энергии от неактивных участков между секторами или другими вытянутыми в радиальных направлениях датчиками, как описано в другом месте этого описания, не должно быть в ущерб определению характеристик формы с помощью настоящего изобретения.

Вместо вытянутых в радиальных направлениях клиновидных активных оптических секторов и сегментов секторов, описанных выше, альтернативная конфигурация может содержать вытянутые в радиальных направлениях активные оптические модуляторы прямоугольной формы, схематично показанные на фигуре 11. Эти модуляторы 500′, 510′, 520′, 530′, 540′, 550′, 560′, 570′, 580′, 590′, 600′, 610′, 620′, 630′, 640′, 650′ прямоугольной формы могут быть расположены на тех же самых или других угловых направлениях, что и клиновидные секторы, описанные выше, и на каждом угловом направлении может быть несколько прямоугольных активных оптических сегментов, таких как сегменты 502′, 504′, 506′, 508′ модулятора 500′. В этой конструкции не происходит захвата столь же большого количества световой энергии из падающего оптического образа 32 преобразования Фурье (фигура 5), как в случае клиновидных сегментов и секторов, описанных выше, но разрешение формы может быть выше.

Другой, хотя и менее эффективный, вариант осуществления изобретения показан на фигуре 12, где необходимые секторы и сегменты, которые показаны пунктирными линиями, могут быть образованы путем активизации выбранных групп элементов 702 модулятора света в пиксельной матрице 700, одновременно являющейся пространственным модулятором света. Например, виртуальный внешний сегмент 508″ вертикального сектора 500″ может быть активизирован при одновременной активизации сегментной группы 508″ пиксельных элементов 602 модулятора света. Хотя эта реализация имеет различные преимущества, но эти преимущества могут быть перевешены сложностью и стоимостью по сравнению с более простыми конструкциями, описанными выше.

Хотя структура отражающего пространственного модулятора света, описанная выше в связи с видом в поперечном сечении, приведенном на фигуре 4, может быть применена во всех конфигурациях сегментированного радиального пространственного модулятора 50 света, описанных выше, но в каждой из конфигураций также может быть использована альтернативная структура 50′ пропускающего пространственного модулятора света, показанная на фигуре 13. В этой реализации 50′ металлические отражающие слои 186, 188 заменены прозрачными проводящими слоями 186′, 188′, например, из оксида индия-олова или из любого из множества хорошо известных из уровня техники прозрачных проводящих материалов. Поэтому в зависимости от того, будет ли приложено напряжение V+ к слою 186′ или 188′, плоскость поляризации падающего света 27(p) может быть или может не быть повернута, но вместо отражения свет проходит через модулятор 50′ света и, как показано на фигуре 13, выходит в виде световой энергии 61(s) или 61(p). Этот модулятор света закреплен по периферии в основании 56 так, что основание 56 не мешает прохождению света 61(s) и 61(p). Необходим иной жидкокристаллический материал 180′ и/или иная толщина жидкокристаллического материала, а не жидкокристаллический материал 180, использованный для реализации, показанной на фигуре 4, поскольку свет проходит через жидкокристаллический материал только один раз. Однако такие материалы легкодоступны, а их применение хорошо известно в данной области техники, и их могут использовать специалисты в области техники, к которой относится изобретение, после уяснения принципов этого изобретения. Кроме того, поскольку свет 61(s) проходит, а не отражается, поляризующий светоделитель 70 (фигура 5) должен быть расположен позади сегментированного радиального пространственного модулятора 50′ света из фигуры 13, а не перед ним. Однако эта модификация также совершенно без труда может быть реализована специалистами в области техники, к которой относится изобретение и поэтому она детально не показана на фигуре 13.

Точность, гибкость и эффективность определения характеристик формы, обработки, хранения, поиска, сравнения и согласования изображений согласно заявленному изобретению могут быть усовершенствованы с помощью некоторой предварительной обработки изображений 12, 14,…, n при создании оптических образов изображений 12′, 14′,… n’ в пространственном модуляторе 26 света согласно фигуре 5. Один особенно предпочтительный способ такой предварительной обработки заключается в «образовании побочного изображения» для передачи большего количества световой энергии в оптический образ 12′ и, следовательно, также для передачи большого количества световой энергии в оптический образ 32 преобразования Фурье.

Теперь обратимся к фигурам 14а-с, где процесс образования побочного изображения этого изобретения показан сначала относительно содержания изображения простой точки, такой как машинописная точка 600, которая показана значительно увеличенной на фигуре 14а. Сначала посредством компьютера 20 (фигура 5) или другого микропроцессора создается изображение только контура 602 точки 600, показанное на фигуре 14b. Для решения таких задач по нахождению контуров имеются бесчисленные вспомогательные программы, предназначенные для выделения контуров, доступные на коммерческой основе, например, Labview IMAQ, которую можно получить от National Instruments Corporation, 11500 Mopac Expressway, Austin, Texas. Конечно, более сложные изображения 12, 14,…, n имеют большее содержание контуров. Исключение содержания изображений 12, 14,…, n вне контуров не ухудшает функцию определения характеристик формы или эффективность этого изобретения, поскольку контуры определяют характеристики формы и создают обнаруживаемые оптические образы 32 преобразования Фурье. Как пояснялось выше, простые, однородные, не изменяющиеся части изображений, такие как боковая панель 36 автомобиля в изображении 12′ или ясное голубое небо на пейзаже 14 не вносят значительного вклада в обнаруживаемое содержание формы таких изображений. Как также пояснялось выше, для световой энергии от таких простых, однородных, не изменяющихся частей изображений характерна тенденция к фокусированию на или вблизи оптической оси 40 в оптических образах 32 преобразования Фурье, вследствие чего она будет падать в основном на центральный участок 41 сегментированного радиального пространственного модулятора 50 света (см. фигуру 2) и либо не будет обнаруживаться совсем, либо, как пояснялось выше, будет обнаруживаться только для определения яркости фона изображения.

После преобразования изображения 600 в оптический образ контурного содержания 602 изображения 600, показанный на фигуре 14b, образуют побочные изображения, создавая множество побочных изображений 602 в виде контурного содержания 602. Например, как показано на фигуре 14с, создают множество побочных изображений 602_А, 602_В, 602_С и добавляют их к оптическому образу контурного изображения 602. В этом примере первый набор из восьми побочных изображений 602_А добавляют на первом радиальном расстоянии r₁ снаружи от исходного контурного изображения 602 с угловым шагом 45°. Второй набор из восьми дополнительных побочных изображений 602_В добавляют на другом радиальном расстоянии r₂ снаружи от побочных изображений 602_А и с угловым шагом 45°, а третий набор из восьми побочных изображений 602_С добавляют снаружи еще на одном радиальном расстоянии r₃ с угловым шагом 45°. Каждое из побочных изображений 602_А, 602_В, 602_С имеет ту же самую форму и тот же самый размер, что и исходное контурное изображение 602. Поэтому, хотя для картины 602′ с побочными изображениями на фигуре 14с характерна большая световая энергия и более высокая пространственная частота, но отсутствует новое содержание формы. Следовательно, в оптическом образе 32 преобразования Фурье (фигура 5) будут наблюдаться как более широкое радиальное диспергирование, так и повышенная интенсивность световой энергии 34, которые могут быть обнаружены посредством сегментированного радиального пространственного модулятора 50 света и детектора 80. При более высокой интенсивности световой энергии облегчается обнаружение датчиками 84 детектора 80 световой энергии, направленной сегментированным радиальным пространственным модулятором 50 света на детектор 80.

Более широкое радиальное диспергирование световой энергии в оптическом образе 32 преобразования Фурье вследствие содержания более высокой пространственной частоты в картине 602′ с побочными изображениями из фигуры 14с по сравнению с картиной 602 без побочных изображений из фигуры 14b приводит также к менее точной регистрации пикселей световой энергии, обнаруживаемой посредством датчиков 84 (фигура 5), и, следовательно, к менее однозначно определенной по отношению к изображению 600 или 602, чем та, которую можно получать путем образования изображения 600 или 602 на пространственном модуляторе 26 света без использования картины 602′ с побочными изображениями. Однако на самом деле это снижение разрешающей способности может быть обращено в преимущество при поиске и сравнении, когда почти полное согласование необходимо в той же степени, что и согласование. Как показано на фигуре 14с, исходный образ 602 контурного изображения является ярким, ближайшее кольцо побочных контурных изображений 602_А менее ярким, следующее кольцо побочных контурных изображений 602_В еще менее ярким, а самое внешнее кольцо побочных изображений 602_С все же еще менее ярким. Однако побочные изображения 602_А, 602_В, 602_с повышают пространственную частоту изображения 602′, что приводит к большему радиальному диспергированию полос 34 световой энергии в оптическом образе 32 преобразования Фурье, так что области полос 34 световой энергии, которые обусловлены исходным контурным изображением 602 в центре картины 602′ с побочными изображениями, являются более яркими, то есть более интенсивными, чем области полос 34 световой энергии, которые обусловлены побочными изображениями 602_А, 602_В, 602_С. Поэтому, хотя световая энергия, отраженная сегментированным радиальным пространственным модулятором 50 света на детектор 80 для картины 602′ с побочными изображениями, будет обнаруживаться большим количеством датчиков 84 матрицы 82, но датчиками 84, посредством которых обнаруживается наибольшая интенсивность (I) световой энергии, будут датчики 84, которые соответствуют исходному контурному изображению 602, и эти интенсивности, как описано выше, могут быть зарегистрированы и сохранены для последующего обращения к ним, анализа, поиска, согласования и/или извлечения. Обнаруживаемые посредством других датчиков 84 меньшие интенсивности световой энергии, исходящей от ближайшего кольца побочных изображений 602_А, также регистрируют и сохраняют, как и еще меньшие интенсивности света, исходящего от других колец побочных изображений 602_В, 602_С, обнаруживаемого дополнительными другими датчиками 84. Поэтому в процессе поиска и согласования с другими изображениями согласование наивысшей яркости или наибольшей интенсивности обоих изображений будет указывать на наивысшую вероятность того, что соответствующие изображения являются одинаковыми. Если такое согласовании не было обнаружено в отношении самых ярких и самых интенсивных пикселей, то может быть сделана попытка обнаружить близкое согласование путем сравнения сочетаний угловых ориентаций, интенсивностей световой энергии для каждого пикселя и коэффициента искажений (RIXel) и других записей оптических образов, описанных выше, с меньшими интенсивностями, соответствующими побочным изображениям 602_А, 602_В, 602_С.

Процесс образования побочных изображений весьма простой, а для получения требуемого результата может быть масштабирован. По существу, вспомогательная программа может быть просто применена для воспроизведения каждого пикселя изображения на выбранных местах, на выбранных расстояниях и на выбранных угловых направлениях по отношению к такому пикселю, как показано в простом примере для точки 600 на фигурах 14а-с. Пример такого процесса образования побочных изображений для несколько более сложного изображения 610, в форме дома, показан на фигурах 15а-с. Контуры областей без резко выраженных особенностей изображения 610 дома находят и воспроизводят в виде контурного изображения 612, на котором, как пояснялось выше, сохраняют содержание формы изображения 610. Затем процесс образования побочных изображений, описанный выше и показанный на фигуре 14с, применяют к контурному изображению 612 для получения побочных изображений 612_А, 612_В, 612_С на выбранных расстояниях, угловых направлениях и с уменьшающейся яркостью по мере удаления побочных изображений 612_А, 612_В, 612_С от исходного контурного изображения 612.

Процесс образования побочных изображений согласно настоящему изобретению также может быть применен к изображениям, для которых, как описано выше, контуры не обнаружены или не получены. Однако потребуется обработка большего количества пикселей компьютером 20 или другим процессором, а достигаемое разрешение формы не может быть таким высоким.

Поскольку эти и многочисленные другие модификации и сочетания вышеописанного способа и вариантов осуществления будут без труда восприняты специалистами в области техники, к которой относится изобретение, то нежелательно ограничивать изобретение точной конструкцией и способом, показанными и описанными выше. Например, соответствующим образом может быть сделана пересортировка всех пригодных модификаций и эквивалентов, которые попадают в рамки объема изобретения, определенного приведенной ниже формулой изобретения. Имеется в виду, что слова «содержат», «содержит», «содержащий», «включают в себя», «включающий» и «включает в себя» при использовании в этом описании и в нижеследующей формуле изобретения означают наличие определенных признаков или этапов, но они не мешают наличию или добавлению одного или нескольких других признаков, этапов или групп из них.

Формула изобретения

1. Способ определения характеристик изображения применительно к содержанию формы, включающий в себя

формирование оптического образа преобразования Фурье изображения с помощью световой энергии,

пространственную фильтрацию световой энергии от оптического образа преобразования Фурье путем отбора световой энергии от дискретных частей оптического образа преобразования Фурье на множестве угловых направлений и отделение таких дискретных частей от других частей оптического образа преобразования Фурье для образования множества профильтрованных образов световой энергии от указанных дискретных частей,

обнаружение интенсивностей световой энергии, распределенной в профильтрованных образах, для соответствующих угловых направлений и

сохранение интенсивностей световой энергии, обнаруженных в профильтрованных образах, вместе с соответствующими угловыми направлениями.

2. Способ по п.1, который включает в себя

фокусирование оптического образа преобразования Фурье на активную оптическую область пространственного модулятора света,

избирательную активизацию участков пространственного модулятора света на выбранных угловых направлениях для поворота плоскости поляризации дискретных частей световой энергии оптического образа преобразования Фурье,

отделение света с повернутой плоскостью поляризации от света без повернутой плоскости поляризации и

обнаружение интенсивностей света, который имеет повернутую плоскость поляризации.

3. Способ по п.2, который включает в себя избирательную активизацию участков пространственного модулятора света на выбранных сегментах, расположенных на различных радиальных расстояниях от оптической оси оптического образа преобразования Фурье, а также на указанных угловых направлениях.

4. Способ по п.2, который включает в себя избирательную активизацию участков пространственного модулятора света для поворота плоскости поляризации световой энергии в оптическом образе преобразования Фурье, которая падает на выбранные секторы активной оптической области пространственного модулятора света.

5. Способ по п.4, который включает в себя избирательную активизацию участков пространственного модулятора света для поворота плоскости поляризации световой энергии в оптическом образе преобразования Фурье, которая падает на выбранные сегменты выбранных секторов.

6. Способ по п.1, который включает в себя

формирование множества побочных изображений вокруг изображения, которое характеризуют, при этом каждое побочное изображение имеет содержание формы, которое, по существу, то же самое, что имеет характеризуемое изображение, и

формирование оптического изображения преобразования Фурье из побочных изображений вместе с характеризуемым изображением.

7. Способ по п.6, который включает в себя формирование побочных изображений, при этом каждое побочное изображение имеет меньшую световую энергию, чем характеризуемое изображение.

8. Способ по п.6, который включает в себя репликацию исходных пикселей, которые представляют характеризуемое изображение, и смещение каждого такого реплицированного пикселя от соответствующего ему исходного пикселя на одинаковое расстояние и в том же угловом направлении по отношению к исходному пикселю для образования побочного изображения.

9. Способ по п.8, включающий в себя распределение множества побочных изображений симметрично вокруг характеризуемого изображения.

10. Способ по п.6, включающий в себя

нахождение контуров содержания формы в характеризуемом изображении,

формирование контурного изображения содержания формы,

репликацию исходных пикселей, которые представляют контурное изображение, и

смещение каждого такого реплицированного пикселя от соответствующего ему исходного пикселя на одинаковое расстояние и в том же угловом направлении по отношению к исходному пикселю с целью образования побочного изображения.

11. Способ по п.10, который включает в себя репликацию пикселей, которые представляют побочное изображение с меньшей световой энергией, чем соответствующие пиксели контурного изображения.

12. Оптический анализатор содержания формы изображения, содержащий

линзу преобразования Фурье, имеющую фокальную точку в фокальной плоскости на фокусном расстоянии,

пространственный фильтр света, содержащий (i) пространственный модулятор света фильтра, который имеет активную оптическую область вокруг центральной оси, расположенную в фокальной плоскости линзы преобразования Фурье, при этом центральная ось совпадает с фокальной точкой, указанная активная оптическая область включает в себя дискретные активные оптические компоненты, выполненные с возможностью избирательной активизации для избирательного поворота или не поворота плоскости поляризации света, падающего на различных угловых направлениях по отношению к центральной оси, и (ii) поляризационный анализатор, выполненный с возможностью отделения света, поляризованного в одной плоскости, от света, поляризованного в другой плоскости,

пространственный модулятор света, формирующий изображение со связанным источником монохроматического света, при этом пространственный модулятор света, формирующий изображение, выполнен адресуемым для формирования изображения в оптическом образе с помощью света от связанного с ним источника монохроматического света, указанный пространственный модулятор света, формирующий изображение, расположен с возможностью проецирования такого оптического образа изображения монохроматического света через линзу преобразования Фурье для формирования в фокальной плоскости линзы преобразования Фурье оптического образа преобразования Фурье оптического образа изображения, и

фотодетектор, установленный для приема света, профильтрованного указанным пространственным фильтром света, при этом указанный детектор включает в себя матрицу датчиков, которые выполнены с возможностью обнаружения профильтрованных образов интенсивностей световой энергии в профильтрованном свете.

13. Оптический анализатор по п.12, в котором дискретные активные компоненты расположены в активной оптической области так, что они вытянуты радиально наружу на различных угловых направлениях по отношению к центральной оси.

14. Оптический анализатор по п.13, в котором дискретные активные компоненты включают в себя индивидуальные секторы активной оптической области.

15. Оптический анализатор по п.14, в котором дискретные активные компоненты включают в себя индивидуально адресуемые сегменты секторов.

16. Оптический анализатор по п.15, в котором индивидуально адресуемые сегменты расположены радиально по отношению к центральной оси для образования активных оптических секторов.

17. Оптический анализатор по п.13, в котором дискретные активные компоненты представляют собой прямоугольные компоненты, вытянутые радиально по отношению к центральной оси.

18. Оптический анализатор по п.13, в котором активная оптическая область включает в себя прямоугольную матрицу пространственного модулятора света из активных оптических элементов, а дискретные активные компоненты включают в себя активные оптические элементы из прямоугольной матрицы таких элементов, которые могут быть активизированы в размещенных на определенных расстояниях группах таких элементов, которые вытянуты радиально наружу по отношению к центральной оси.

19. Пространственный модулятор света, содержащий активную оптическую область вокруг центральной оси, при этом указанная активная оптическая область включает в себя множество активных оптических модуляторов, которые вытянуты радиально на различных угловых направлениях по отношению к центральной оси.

20. Модулятор по п.19, в котором каждый активный оптический модулятор включает в себя сектор активной оптической области.

21. Модулятор по п.20, в котором каждый сектор включает в себя множество индивидуально адресуемых активных оптических сегментов, расположенных так, что они вытянуты последовательно в одном из указанных угловых направлений.

22. Модулятор по п.19, в котором каждый активный оптический модулятор выполнен прямоугольным.

23. Модулятор по п.22, в котором каждый прямоугольный активный оптический модулятор включает в себя множество индивидуально адресуемых активных оптических сегментов, расположенных так, что они вытянуты последовательно в одном из указанных угловых направлений.

24. Модулятор по п.19, в котором активная оптическая область включает в себя прямоугольную матрицу оптических датчиков, а каждый активный оптический модулятор содержит группу оптических датчиков, которые могут быть подключены одновременно для модулирования света и которые совместно в группе расположены с возможностью образования блока активных оптических элементов, вытянутых радиально по отношению к центральной оси.

РИСУНКИ