Голографический способ вычитания изображений

 

1. ГОЛОГРАФИЧЕСКИЙ СПОСОБ ВЫЧИТАНИЯ ИЗОБРАКЕНИЙ, включающий последовательную регистрацию в диффузно .рассеянном коге|эентном излучении на одну регистрирующую среду двуу. |)урье-голограмм сравниваемых объектов, введение фазового сдвига перед второй экспозицией, восстановление разностного изображения и обратное Фурье-преобразование восстановленного поля, о. тличающ и и с я тем, что, с целью повышения помехоустойчивости, необходимый фазовый сдвиг вводят путем изменения угла между предметной и опорной волнами , а восстановление осуществляют пучком монохроматического излучения i ограниченной апертуры в пределах области голограммы, соответствующей (Л минимуму интерференционной картины в paз ocтнoм изображении. ел О5 to

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„SU„„1056127 А (я) 0 03 Н 1/16

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ -"ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ - :...:: - -,/

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ "" -"!:;,-(21) 3473671/18-25 (22) 22.07.82 (46) 23.11.83. Бюл. 43 (72) И .С. Клименко, С.Н. Малов и В.П. Рябухо (71) Московский ордена Трудового

Красного. Знамени физико-технический институт (53) 772.99(088.8) (56) 1. Дебру С., Франсон М., Гровер К. Космическая оптика. М., "Машиностроение", 1980, с. 387.

2. Магов Е., Konfortl N. Subtraction via processing simultaneously recorded holographic images

opt. сопиапз., 1977, 2Q, li 1, р. 6366 (прототип). (54)(57) 1. ГОЛО1РАфический cilocos

ВЫЧИТАНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЙ, включающий последовательную регистрацию в диффузно . рассеянном .когерентном излучении на одну, регистрирующую среду дву фурье-голограмм сравниваемых объектов, введение фазового сдвига перед второй экспозицией, восстановление разностного изображения и обратное фурье-преобразование восстановленного поля, о. т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения помехоустойчивости, необходимый фазовый сдвиг вводят путем изменения угла между предметной и опорной волнами, а восстановление осуществляют пучком монохроматического излучения ограниченной апертуры в пределах об- Я ласти голограммы, соответствующей минимуму интерференционной картины в разностном изображении. С: где

1056127

2. Способ по и. 1,. о т л и ч а юшийся тем, что угол между опорной и предметной волнами изменяют на величину, соответствующую требуемой апертуре восстанавливающего пучка и определяемую формулой

d Ч = агсз1п(Л/2А), с - изменение угла между опорнои и предметнои волнами, А - длина волны; ,4 - диаметр апертуры восстанавливающего пучка.

Изобретение относится к оптической обработке информации голографическими методами, в частности к мето-. дам выявления разницы между двумя изображениями объектов, имеющих оди- 5 наковые участки выявления изменений, происходящих с объектом или нарушений структуры его поверхности в промежутке времени между двумя экспозициями (вычитание изображений}.

Известен способ определения разницы между двумя изображениями, включающий последовательную регистрацию в диффузно-рассеянном когерентном излучении на одну регистрйрующую среду двух изображений сравниваемых объектов, введение фазового сдвига перед второй экспозицией путем поперечного сдвига -диффузора, восстановление раз" . ностного изображения путем освещения 20 полученной фотопластинки параллель" ным пучком когерентного излучения, фильтрацию разностного изображения посредством помещения в фурье-паог.кости оптической системы щели, сов- 25 .падающей с темной полосой сформированной интерферограммы и формироВание на экране разностного изображения1.1 ).

Однако применение операции фильтрации, осуществляемой в минимуме диф- ЗО фузно рассеянного интерференционного поля, приводит к формированию разностного изображения с низким уровнем освещенности и, следовательно, с большой чувствительностью к помехам..(низ- З5 кой помехоустойчивостью) .

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является голографический способ вычитания изображений, включающий последовательную 4О регистрацию в диффузно рассеянном когерентном излучении на одну регистрирующую среду двух фурье-голограмм . сравниваемых объектов,. введение фазового сдвига перед второй экспози45

3 цией, восстановление разностного изображения и обратное фурье-преобразование восстановленного поля. Фазовый сдвиг вводи гся помещением в ка- нал опорного пучка полуволновой фазовой пластинки. Для точного получения фазового сдвига величиной 3 в плоскость объекта помещают вспомогательный точечный источник и, наблюдая в плоскости регистрации за картиной интерференции между вспомогательной и опорной волнами, юстируют положение полуволнавой фазовой пластинки.

Затем убирают вспомогательный точечный источник, помещают на его место сравниваемый объект и производят вторую экспозицию. При освещении голограммы широким восстанавливающим пучком, волны, соответствующие одинаковым участкам сравниваемых объектов, приходят в плоскость изображения в противофазе и поэтому гасятся, а волна, соответствующая разнице между объектами, формирует разностное изображение Г2 3.

Однако известный способ вычитания изображений обладает низкой помехо-. устойчивостью, чта объясняется прак-, тической невозможностью реализации получения точного фазового сдвига по всей площади галаграммы, а это приводит к появлению помех при формировании разностного изображения. Кроме того, необходимость применения вспомогательного точечного источника и прецизионной юстиравки полуволнавай фазовой пластинки делает способ, сложным и технически трудно реализуемым.

Целью изобретения является повышение помехоустойчивости способа, а также его упрощение и увеличение уровня освещенности разнастнаго изображения.

Поставленная цель достигается тем, чта в голографическом способе вычиз 105 тания иэображений, включающем последовательную регистрацию в диффузно рассеянном когерентном излучении на одну регистрирующую среду двух фурьеголограмм сравниваемых объектов, вве- 5 дение фазового сдвига перед второй экспозицией, восстановление разностного изображения и обратное фурьепреобразование восстановленного поля, необходимый фазовый сдвиг вводят путем изменения"угла между предметной и опорной волнами, а восстановление осуществляют пучком монохроматического излучения ограниченной апертуры в пределах области голограммы, соответствующей минимуму интерференционной картины в разностном изображении.

Кроме того, угол между опорной и предметной волнами изменяют на величину, соответствующую требуемой апертуре восстанавливающего пучка и определяемую формулой д Ч = arcs1п(,Л/24) где дМ- изменение угла между опорной и предметной волнами; - длина волны;

4 - диаметр апертуры восстанавливающего пучка.

Период полос d на интерферограмме., образующейся в результате голографической регистрации двух волновых фронтов на двухкратно экспонированной голограмме, связан с,изменением угла между опорной и пред"

l . метной волнами д" между экспозиция,ми простым соотношением 4 д"Ч= arcsin(A/d} > Ю где 3 - длина волны используемого излучения.

Для заданной. апертуры восстанавливаю. щего пучка всегда можно определить 4О необходимое изменение угла d ×. Например, если для восстановления разност. ного изображения используется ограниченная апертура диаметром 0,25 см и период полос d, следовательно, должен45 быть порядка 0,5 см, то необходимое изменение угла сН между опорной и предметной волнами определяется из формулы (l), как l,2 10 4рад. что хорошо подтверждается эксперименталь-50 но.

При реализации предлагаемого голографического способа вычитания изоб". ражений может быть достигнута высокая помехоустойчивость, заключающая- 55 ся в том, что неточность изменения угла между опорной и предметной волнами практически не сказывается на

6127 4 результатах вычитания, и при необходимости легко компенсируется соответствующим изменением диаметра апертуры восстанавливающего пучка.

Интерференционные полосы, которые восстанавливаются в плоскости голограммы и соответствуют изменению угла между опорной и предметной волнами между экспозициями, носят синусоидальный характер. Поэтому, разностное изображение восстанавливается наиболее точно, если диаметр апертуры восстанавливающего пучка равен ширине темной полосы интерферограммы. Когда диаметр апертуры превосходит это значение, в восстановленном разностном изображении возникают помехи, представляющие собой изображения объектов, присутствовавших как при первой, так и при второй экспозициях. Поэтому уменьшение диаметра апертуры вос.станавливающего пучка до О,ld (d период полос интерферограммы) позволяет еще снизить уровень помех в сравнении со случаем, когда апертура равняется 0,5d .

Кроме .того, данный способ не трубует прецизионной юстировки и тщательного контроля параметров интерференционной картины, что делает его простым и технически легко реализуемым, Голографический способ вычитания изображений позволяет достигнуть высокого уровня освещенности разностного изображения, что обусловлено возможностью сосредоточения всей энергии восстанавливающего пучка s пределах области голограммы, соответствующей минимуму интерференционной картины, т. е. применением неразведенного- лазерного пучка. Ослабление восстанавливающего пучка структурой голограммы можно свести к минимуму, выполняя голограмму фазовой (отбеленной}. Все это также приводит к значительному превышению уровня освещенности разностного изображения над уровнем помех, а следовательно, к увеличению помехоустойчивости по сравнению с известным способом.

Чтобы аналитически продемонстрировать принцип голографического спо;соба вычитания изображений, запишем часть коэффициента пропускания двукратно экспонированной фурье-голограммы, ответственную за формировайие одного из сопряженных изображений, 1056

127 6

% ,тЯ)= T„(f)exp(2irr —.„,„2}+т (y)«

«exP(2r3i — r))exp(2rTi —,2) (г)

%По) 3 eel h Ч где, (=- 4= - пространственная частота 5 P)3 х - координата в плоскости голограммы;

Л вЂ” длина волны используемого излучения;

- фокусное расстояние используемой оптической системы;

T>((T) и Т2() - фурье-образы первого и второго объектов с функциями пропускания (отражения) й.,(х) и и (х) во входной плос" кости соотретственно> х . — координата во входной ю плоскости

))" - угол между опорной и предметной волнами; изменение этого угла перед второй экспозицией.

:" Введем обозначение

q() tZ(>) " Й .)(х) 3 где йо(х) соответствует разнице меж" ду объектами, тогда (2) можно записать в виде

t(f T ())(3+exp(23 ri l)) exp «

«(2iTi )+ T (2) exp(23ri(r)«

3 1 Ь

e3rr rp J o (-s1. Ч

«e«p(2rTr . f) )er где Т1(g jx- фурье-образ функции й0)(х).

Осветим голограмму с пропусканйем (3) восстанавливающей волной с еди ничной амплитудой! еХр -24У s„n М 10! и получим волну в плоскости голограм. мы

«3(1)=Т„(4)(3ее«р(2, 33 — f )+

«

+Т (4)е«р(2i3i f 1, (43

Если центр восстанавливающего пучка

:в плоскости голограммы приходится на координату,ф (2n+1 ) s l nfl/2Л (и =

= 0,11;+2...), то выражение в квадратнйх скобках в (3) обращается в ноль, и в плоскости голограммы вос- 55 ,станавливается волновое поле

u(g) - Т (f), (5)

:которое после обратного фурье-преобразования соответствует разностному изображению в плоскости х „

0 (XÄ) ex t <(X „)

На фиг. 1 изображейо устройство для регистрации двухкратно экспонированных фурье-голограмм в соответствии с предлагаемым способом; на фиг. 2 - устройство для восстановления разностного изображения.

Устройство для регистрации (фиг,1) содержит источник 1 света (лазер

ЛГ-38), затвор 2, телескопическую систему 3, полупроизрачное зеркало 4 и глухое зеркало 5, установленное на, поворотном устройстве с угломерным отсчетом, диффузор 6, объект (транспарант) 7, оптическую систему 8 (объектив нрелиос-40") и регистрирующую среду 9 (высокоразрешающие фотопластинки ЛОИ-2-630).

Устройство для восстановления (фиг. 2) содержит источник 10 света - . лазер ЛГ-72, ограничивающая апертура (ирисовая.диафрагма) 11, двукратно экспонированная фурье-голограмма 12, оптическая система 13 (объектив "Индустар-51") и экран 14.

Устройство работает следующим образом.

Пучок света от источника 1 расширяется телескопической системой 3 и падает на полупрозрачное зеркало 4 .

Отраженный пучок попадает на зеркало 5 и найравляется на регистрирующую среду 9 (опорный пучок). Прошедший через зеркало 4 свет,, освещает через диффузор 6 объект 7 и оптическая сисе тема 8 формирует в плоскости регистрирующей среды 9 фурье-образ объектного поля. С помощью затвора .2 проводят первую экспозицию. Затем объект

7 заменяется на вычитаемый, имеющий одинаковые с ним участки, После этого осуществляют поворот зеркала.5 на величину, которая приводит к образованию полос с периодом, соответствующим удвоенному диаметру апертуры диафрагмы 11. Эта величина определяется из формулы (1). После проведения второй экспозиции с помощью затвора

2 производят фотохимическую обработ" ку фотопластинки, включающую отбеливание. Затем фурье-голограмму 12 освещают источником 10 света, пучок, которого ограничивают диафрагмой 11, причем центр освещающего пучка на голограмме совмещается с областью, соответствующей локализации центра темной полосы интерференционной кар1056127

Составитель Аджалов

Техред В.Далекорей

Корректор 10. Макаренко

Редактор Н. Рогулич

° е

Тираж 473 Подписное

8НИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. "/5

Заказ 9301/39

Ф

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

1. тины. Оптическая система 13 осуществляет обратное фурье-преобразование восстановленного поля и строит раз- . ностное изображение на экране 14.

Использование предлагаемого голографического способа вычитания изображений обеспечивает по сравнению с известным более высокие помехоустойчивость и.уровень яркости разностного 10 изображения за счет введения фазового сдвига путем изменения угла между опорной и предметной волнами на этапе регистрации и осуществления восстановления пучком монохроматического излучения ограниченной апертуры в пределах минимума интерференционной картины. Это позволяет говорить о возросшей эффективности голографического способа вычитания изображения по сравнению с известным. Кроме того, возможность использования восстанавливающего пучка. ограниченной апертуры (неразведенного лазерного лучка) приводит к повышению уровня освещеннос" ти разностного изображения, что говорит о существенных энергетических преимуществах предлагаемого способа.