ITMO
en/ en

ISSN: 1023-5086

en/

ISSN: 1023-5086

Научно-технический

Оптический журнал

Полнотекстовый перевод журнала на английский язык издаётся Optica Publishing Group (ранее OSA) под названием “Journal of Optical Technology“

Подача статьи Подать статью
Больше информации Назад

DOI: 10.17586/1023-5086-2023-90-12-73-84

УДК: 551.501.816; 551.510.411

Трёхканальная фурье-обработка оптических изображений с использованием одного акустооптического фильтра

Ссылка для цитирования:

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

Ссылка на англоязычную версию:
-
Аннотация:

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.

Ключевые слова:

акустооптическая дифракция, фильтр пространственных частот, обработка двумерного оптического изображения

Благодарность:

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

Коды OCIS: 070.1060, 070.2615, 070.6110

Список источников:
  1. Jing W., Cao G., Huang B., Zhang J., Tian S., Wang C. Fast image restoration method for a simple optical system using phase diversity technique // Оптический журнал. 2022. Т. 89. № 1. P. 33–46. https://doi.org/10.17586/1023-5086-2022-89-01-33-46
  2. Сиразетдинов В.С., Дмитриев И.Ю., Линский П.М., Никитин Н.В. Повышение точности определения волновых аберраций оптической системы по распределению интенсивности фокусируемого светового пучка // Оптический журнал. 2022. Т. 89. № 4. С. 12–22. https://doi.org /10.17586/1023-5086-2022-89-04-12-22
  3. Zakharov A.A., Zhiznyakov A.L., Titov V.S. A method for feature matching in images using descriptor structures // Computer Optics. 2019. V. 43. № 5. P. 810–817. https://doi.org/10.18287/2412-6179-2019-43-5-810-817
  4. Маркушин Г.Н., Коротаев В.В., Кошелев А.В., Самохина А., Васильев А.С., Васильева А.В., Ярышев С.Н. Комплексирование изображений в двухдиапазонной сканирующей оптико-электронной системе поиска и обнаружения браконьерского промысла // Оптический журнал. 2020. Т. 87. № 6. С. 57–65. https://doi.org /10.17586/1023-5086-2020-87-06-57-65
  5. Xie Z., Zhang S., Yu X., Lui G. Распознавание лиц по совместным изображениям инфракрасного и видимого диапазонов на основе расширенных разреженных представлений и локальных бинарных паттернов // Оптический журнал. 2019. Т. 86. № 7. С. 19–26. https://doi.org /10.17586/1023-5086-2019-86-07-19-26
  6. Беззубик В.В., Белашенков Н.Р., Васильев В.Н., Вдовин Г.В., Иночкин Ф.М., Соловьев О.А., Рудин Я.В. Многоапертурная цифровая телескопическая система со сверхразрешением // Оптический журнал. 2020. Т. 87. № 12. С. 93–102. https://doi.org /10.17586/1023-5086-2020-87-12-93-102
  7. Герус А.В., Герус Т.Г. Акустооптические методы идентификации объектов в гиперспектральном анализе // Физические основы приборостроения. 2015. Т. 4. № 4(17). С. 70–83. https://doi.org /10.25210/jfop-1504-070083
  8. Goodman J.W. Introduction to Fourier optics. N.-Y.: McGraw-Hill Companies, 1996. 441 p.
  9. Черемисин А.И. Фурье-оптика. Ч. 1, 2. Санкт-Петербург: Изд-во СПбГУКиТ, 2012. 340 с.
  10. Балакший В.И., Волошинов В.Б. Акустооптическая обработка изображений в когерентном свете // Квант. электроника. 2005. Т. 35. № 1. С. 85–90. https://doi.org /10.1070/QE2005v035n01ABEH002782
  11. Balakshy V.I., Voloshinov V.B., Babkina T.M., Kostyuk D.E. Optical image processing by means of acousto-optic spatial filtration // J. Modern Optics. 2005. V. 52. № 1. P. 1–20. https://doi.org/10.1080/09500340410001669408
  12. Balakshy V.I. Acousto-optic visualization of optical wave fronts [Invited] // Appl. Opt. 2018. V. 57. № 10. P. C56–C63. https://doi.org/10.1364/AO.57.000C56
  13. Balakshy V.I., Kostyuk D.E. Acousto-optic image processing // Appl. Opt. 2009. V. 48. № 7. P. C24–C32. https://doi.org /10.1364/AO.48.000C24
  14. Yablokova A.A., Machikhin A.S., Batshev V.I., Pozhar V.E., Boritko S.V. Analisys of transfer function dependence on configuration of acousto-optic interaction in uniaxial crystals // Proc. SPIE. 2019. V. 11032. P. 1103215. https://doi.org/10.1117/12.2520803
  15. Gorevoy A.V., Machikhin A.S., Martynov G.N., Pozhar V.E. Spatiospectral transformation of noncollimated light beams diffracted by ultrasound in birefringent crystals // Photonics Research. 2021. V. 9. № 5. P. 687–693. https://doi.org /10.1364/PRJ.417992
  16. Yushkov K.B., Molchanov V.Y., Belousov P.V., Abrosimov A.Y. Contrast enhancement in microscopy of human thyroid tumors by means of acousto-optic adaptive spatial filtering // Journal of Biomedical Optics. 2021. V. 21. № 1. P. 016003. https://doi.org /10.1117/1.JBO.21.1.016003
  17. Котов В.М., Шкердин Г.Н., Аверин С.В. Формирование двумерного контура изображения в двух дифракционных порядках в процессе трехкратной брэгговской дифракции // Радиотехника и электроника. 2016. Т. 61. № 11. С. 1090–1094. https://doi.org/10.7868/S0033849416110073
  18. Котов В.М., Аверин С.В., Зенкина А.А., Белоусова А.С. Двумерная обработка изображений c использованием двух каналов, формируемых одним акустооптическим фильтром // Компьютерная оптика. 2022. Т. 46. № 6. С. 905–913. https://doi.org /10.18287/2412-6179-CO-1119
  19. Котов В.М., Аверин С.В., Зенкина А.А., Белоусова А.С. Формирование двумерных контуров изображения в нулевом и плюс втором дифракционных порядках в процессе двукратной брэгговской дифракции // Квантовая электроника. 2022. Т. 52. № 8. С. 754–758.
  20. Балакший В.И., Парыгин В.Н., Чирков Л.Е. Физические основы акустооптики. М.: Радио и связь, 1985. 280 c.
  21. Акустические кристаллы / Под ред. М.П. Шаскольской. М.: Наука, 1982. 632 с.
  22. Кизель В.А., Бурков В.И. Гиротропия кристаллов. М.: Наука, 1980. 304 с.
  23. Молчанов В.Я., Китаев Ю.И., Колесников А.И., Нарвер В.Н., Розенштейн А.З., Солодовников Н.П., Шаповаленко К.Г. Теория и практика современной акустооптики. М.: Изд. Дом МИСиС, 2015. 458 с.
  24. Balakshy V.I., Mantsevich S.N. Propagation of acoustic beams in a paratellurite crystal // Acoustical Physics (Russian). 2012. V. 54. № 5. P. 549–557. https://doi.org/10.1134/S1063771012050041