УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАБОТКИ ФОТОИЗОБРАЖЕНИЙ ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ

Полезная модель относится к геолого-геофизическим изысканиям и предназначена для обработки и анализа фотоизображений земной поверхности с целью автоматизации процесса их геолого-геофизического дешифрирования и интерпретации.
Известно устройство обработки аэрокосмических изображений земной поверхности [Авторское свидетельство СССР №1433225, МПК 4 G 01 V 9/04, G 06 К 9/00], выбранное в качестве прототипа, в котором оптический канал ввода изображения образуют последовательно оптически связанные между собой первый источник света, первый конденсор, оптический вход, первый светоделитель, электромеханический затвор, первый светофильтр, первый объектив, пространственно-временной модулятор света типа Фототитус. Оптический вход выполнен в виде сканирующего снимкодержателя, с возможностью одновременного закрепления двух отдельных кадров. Первый светофильтр выполнен с полосой пропускания, соответствующей чувствительной зоне модулятора света. Канал визуального контроля ввода образуют оптически связанные между собой телекамера и первый светоделитель, причем, телекамера электрически связана с видеомонитором. Канал считывания и визуального анализа образуют последовательно оптически связанные между собой второй источник света, второй конденсор, второй светофильтр, поляризатор, второй светоделитель, электронно-оптический преобразователь. Второй светофильтр выполнен с полосой пропускания, соответствующей нечувствительной зоне модулятора света. Оптический канал документирования результатов обработки образуют оптически связанные координатно-чувствительный фотоприемник и третий светоделитель. Канал стирания и подачи фона образуют оптически связанные импульсный источник света и модулятор света. Блок питания подключен к программному блоку, блоку управления и блоку репетитора. Программный блок связан с блоком управления. Блок репетитора связан с блоком управления прямой и обратной связью. Блок управления связан с механизмом двухкоординатного перемещения и вращения оптического входа, механизмом осевого перемещения первого объектива, первым и вторым источниками света, электромеханическим затвором, модулятором света, импульсным источником света, координатно-чувствительным фотоприемником, электронно-оптическим преобразователем.
В этом устройстве использованы некогерентные источники света, что не позволяет анализировать структуру интерференционной картины фотоизображения. Использование телекамеры предъявляет повышенные требования к стабилизации электрического приемника из-за отсутствия точного геометрического соответствия положения принимаемого изображения и его электронной копии. Блок управления собран на аппаратной логике, что не позволяет гибко перепрограммировать систему управления в случае необходимости.
Задачей полезной модели является расширение арсенала средств аналогичного назначения.
Поставленная задача решена за счет того, что устройство обработки фотоизображений земной поверхности, так же как в прототипе, содержит источник света, поляризатор, анализатор, координатно-чувствительный фотоприемник, двухкоординатное позиционирующее устройство со снимкодержателем, светоделитель, электронную систему управления, электрически связанную с двухкоординатным позиционирующим устройством, координатно-чувствительным фотоприемником, электронно-оптическим преобразователем.
Согласно полезной модели в качестве источника света использован оптический квантовый генератор, в качестве поляризатора выбран вращатель поляризации оптического излучения, в качестве анализатора выбран акустооптический модулятор, в качестве координатно-чувствительного фотоприемника выбран оптоэлектронный преобразователь, а в качестве светоделителя выбрано полупрозрачное зеркало, причем, двухкоординатное позиционирующее устройство последовательно оптически связано с первой формирующей оптической системой, полупрозрачным зеркалом, расположенным под углом 45°, второй формирующей оптической системой, акустооптическим модулятором, оптоэлектронным преобразователем; вращатель поляризации оптического излучения оптически связан с квантовым генератором, при этом геометрический центр полупрозрачного зеркала расположен на пересечении оптических осей вращателя поляризации, зеркала, первой и второй формирующих оптических систем, а двухкоординатное позиционирующее устройство, акустооптический модулятор, оптоэлектронный преобразователь и вращатель поляризации оптического излучения связаны с компьютером.
В предложенном устройстве за счет использования оптического квантового генератора появилась возможность анализа картин суперпозиций электромагнитных полей на фотоизображении. С помощью вращателя поляризации оптического излучения осуществляется управление поляризационными характеристиками источника излучения.
Акустооптический модулятор позволяет производить высокоскоростной анализ структуры излучения, проходящего через него. Применение оптоэлектронного преобразователя позволяет стабилизировать геометрию принимаемых оптических сигналов в плоскости. Использование компьютера позволило осуществить комплексное управление устройством с программной сменой режимов его работы, математическую обработку и сопоставление получаемой информации с имеющейся в его памяти.
На фиг.1 представлена принципиальная схема устройства для обработки фотоизображений земной поверхности
Фотоснимок 1 помещен на сканатор 2, на оптической оси от которого последовательно расположены первая формирующая оптическая система 3 (ФОС1), полупрозрачное зеркало 4, расположенное под углом 45°, вторая формирующая оптическая система 5 (ФОС2), кристалл 6, совмещенный с акустооптическим модулятором 7, матричный оптоэлектронный преобразователь 8. Вращатель поляризации оптического излучения 9 оптически связан с квантовым генератором 10 (КГ). Геометрический центр полупрозрачного зеркала 4 расположен на пересечении оптических осей излучения квантового генератора 10 (КГ), зеркала 11, первой и второй формирующих оптических систем 3 (ФОС1) и 5 (ФОС2). Сканатор 2, акустооптический модулятор 7, матричный оптоэлектронный преобразователь 8, вращатель поляризации оптического излучения 9 связаны с компьютером 12.
В качестве сканатора 2 использовано двухкоординатное позиционирующее устройство со снимкодержателем. Формирующие оптические системы 3 (ФОС1) и 5 (ФОС2) представляют собой систему линз, позволяющих эффективно изменять направление оптического потока. В простейшем случае это могут быть двояковыпуклые линзы.
В качестве акустооптического модулятора 7 может быть использован акустооптический модулятор фирмы United Crystals. Акустооптический модулятор 7 выполнен на легированном оптическом кристалле 6, например, рубина. Матричный оптоэлектронный преобразователь 8 представляет собой ПЗС матрицу. Вращатель поляризации оптического излучения 9 представляет собой, например, ячейку Керра. В качестве квантового генератора 10 (КГ) может быть использован, например, лазер ЛГН 303.
Территорию, предназначенную для изучения, фотографируют или наземным пешеходным способом по заранее намеченным профилям, или делают серию снимков с вертолета, или космического аппарата и печатают фотоснимки.
Оптическую обработку подготовленного фотоснимка проводят в следующей последовательности:
Фотоснимок 1 помещают на сканатор 2. С помощью компьютера 12 по заданной программе сканатор 2 последовательно перемещает фотоснимок 1 по координатам Х и Y. Выбор количества точек сканирования и их расположение обуславливается требуемой степенью детализации картины.
Оптический квантовый генератор 10 (КГ) генерирует непрерывное лазерное излучение с мощностью пучка 1-20 мВт и стабильностью частоты излучения от 0 до 10 МГц в течение 1 часа в видимом участке спектра, в диапазоне длин волн 0,4-0,7 мкм; которое проходит через вращатель поляризации 9, обеспечивающий поворот поляризации излучения, отражается от полупрозрачного зеркала 4 и через первую формирующую оптическую систему 3 (ФОС1) попадает на фотослой снимка 1 с диаметром пучка, например, 1 мм.
Излучение, рассеянное от активного слоя фотоснимка 1 через первую формирующую оптическую систему 3 (ФОС1), полупрозрачное зеркало 4, вторую формирующую оптическую систему 5 (ФОС2) попадает на кристалл 6, где формируется интерференционная картина при взаимодействии опорного и рассеянного излучения.
Опорное излучение формируется после прохождения полупрозрачного зеркала 4 и отражения от зеркала 11. Проходя в обратном направлении через вторую формирующую оптическую систему 5 (ФОС2), опорное излучение попадает в кристалл 6.
Акустооптический модулятор 7 создает в кристалле 6 фазовую дифракционную решетку упругих волн, которые являются пространственным фильтром для интерферирующих лучей. Частоту модуляций для акустооптического модулятора 7 выбирают с помощью компьютера 12 в соответствии с волновыми характеристиками предполагаемого в данной местности полезного ископаемого.
Матричный оптоэлектронный преобразователь 8 преобразует, выходящие из кристалла в оптические сигналы в электрические сигналы, и полученная информация поступает в компьютер 12, в котором заложена таблица параметров предполагаемого в данной местности полезного ископаемого (частоты излучений при переходах в расщепленных подуровнях, спины ядер и электронов внешних оболочек и др.) и фоновых значений или расчетная таблица параметров этого полезного ископаемого, а также фоновые значения параметров предполагаемого полезного ископаемого.
С помощью компьютера 12 производят математическую обработку поступивших электрических сигналов, сопоставляя измеренные волновые характеристики по фотоснимку исследуемой территории с волновыми характеристиками искомого полезного
ископаемого и по величине интенсивности сигнала, его поляризации и угловому положению относительно фоновых значений исследуемой территории судят о границах, плотности запасов и глубинах залегания полезного ископаемого.
С помощью компьютера 12 получают обработанную информацию в виде графиков, таблиц и карт относительной интенсивности электромагнитного сигнала, излучаемого полезным ископаемым, в зависимости от координат изучаемых областей, выбранных на фотоснимке. Определение координат и шаг дискредитации (точек отсчета) задается через компьютер 12 по специальной программе. Это позволяет наметить границы месторождений, распределение плотности запасов и глубины залегания этих запасов в зависимости от интенсивности полученных электромагнитных сигналов.