Трёхканальная фурье-обработка оптических изображений с использованием одного акустооптического фильтра

Котов В.М., Аверин С.В., Зенкина А.А., Белоусова А.С. Трёхканальная фурье-обработка оптических изображений с использованием одного акустооптического фильтра // Оптический журнал. 2023. Т. 90. № 12. С. 73–84. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2023-90-12-73-84

Kotov V.M., Averin S.V., Zenkina A.A., Belousova A.S. Three-channel fourier processing of optical images using a single acousto-optic filter [In Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2023. V. 90. № 12. P. 73–84. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2023-90-12-73-84

Предмет исследования. Исследование возможности двумерной фурье-обработки изображений по трём каналам с использованием одного фильтра пространственных частот. Цель работы. Разработка трёхканального фильтра пространственных частот на основе акустооптической ячейки из парателлурита (ТеО₂), как наиболее перспективного и широко используемого на практике материала на сегодняшний день. Метод. В основе метода лежит использование срезов кристалла парателлурита, обеспечивающих режим высокоэффективной акустооптической дифракции в два симметричных брэгговских порядка. Расчёты показывают, что наиболее эффективная дифракция в два симметричных порядка в парателлурите реализуется в случае, когда оптическое излучение распространяется вблизи оптической оси [001] кристалла, а акустическая волна — вдоль направления [110]. При этом дифракция должна сопровождаться изменением поляризаций дифрагировавших лучей относительно поляризации падающего излучения, что происходит только при условии, когда акустическая волна является поперечной с направлением сдвига вдоль [1`10]. При использовании акустооптической дифракции в два симметричных брэгговских порядка выходными каналами служат плюс первый, нулевой и минус первый порядки. Получены и проанализированы передаточные функции дифракционных порядков. Выявлена особенность формирования передаточных функций с использованием одной акустооптической ячейки, заключающаяся в том, что каждый элемент передаточной функции отстоит от соответствующего элемента «соседней» передаточной функции строго на угол, равный двойному углу Брэгга K/k, где K и k — величины волновых векторов звука и света. Это приводит к необходимости поиска подходящих участков одновременно во всех распределениях передаточных функций, связанных угловым соотношением K/k. Основные результаты. Впервые теоретически и экспериментально продемонстрирована фурье-обработка изображения по трём каналам с использованием одного акустооптического фильтра пространственных частот. Экспериментально получена операция дифференцирования по двум каналам и интегрирования по третьему каналу двумерного изображения, переносимого излучением на длине волны света 0,63 мкм. В качестве фильтра пространственных частот использована акустооптическая ячейка из парателлурита, работающая на частоте звука 43,5 МГц в режиме акустооптической дифракции в два симметричных брэгговских порядка. Практическая значимость. С увеличением числа каналов появляется возможность решать более широкий круг задач, например, в процессе обработки сконцентрироваться на одних участках изображения по одним каналам, на других — по другим, «сгладить» шероховатость изображения и т.д.

работа выполнена при поддержке Российского научного фонда (проект № 22-21-00059).