Голографический способ преобразования пространственных изображений

 

ГОЛРГРАФИЧЕСКИЙ СПОСОБ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ, заключающийся в .том, что диффузный рассеиватель освещают при записи голограммы сходящейся сферической волной, перед экспозицией осуществляют поперечное смещение диффузного рассеивателя на величину а. а при восстановлении голограммы в плюс первом дифракционном порядке получают интерферограмму в определенной плоскости ее. локализации, находящейся перед голографическим изображением, о т л и чаю щи йс я тем, что, с целью обеспечения вычитания пространственных изображений, при первой экспозиции экспонируют светочувствительную среду с одним диапозитивом, а при последующих экспозициях - с другим диапозитивом , npv. этом делают нечетное число экспозиций, длительность которых пропорциональна биноминальным коэффициентам , причем, диффузный рассеиватель / смещают симметрично относительно первоначального на величину кратную а. а при восстановлении голограммы в плоскости локализации интерферограммы фильтруют разность изображений двух диапозитивов с СЛ помощью непрозрачного экрана со щелью. С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 6 03 Н 1/22

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (2 I) 3362108/25

- (22) 10.12.81 . (46) 15.09;92. БюЛ. N. 34 (71) Инстйтут оптики атмосферы Томского филиала СО АН СССР (72) В.Г. Гусев и Ю.Д. Копытин . (53) 772.99 (088.8) (56) Marom E, Kasher!, d Optical distribution

of multiple exposures tn speckled Image

subtraction setups Jour@ d Optic v. 8 -N

1(1977), р 153.

Авторское свидетельство СССР

N. 854124, кл. G 01 В 9/025, 1981. (54)(57) ГОЛОГРАФИЧЕСКИЙ СПОСОБ . ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ПРОСТРАНСТВЕНHblX ИЗОБРАЖЕНИЙ, заключающийся в ,том, что диффузный рассеиватель освещают при записи голограммы сходящейся сферической волной, перед экспозицией осуществляют поперечное смещение диффузного рассеивателя на величину а, а при восста- .

Изобретение относится к оптической обработке информации, а именно к вычитанию; пространственных изображений методом корреляционной фильтрации с применением голографии.

Известен способ вычитания пространственных изображений, по которому на фотопластинке высокого разрешения делают нечетное число экспозиций, длительность которых пропорционал ьна биноминальным коэффициентам, причем при первой экспозиции регистрируют при освещении спеклструктурой один диапозитив, а другой — при . всех остальных экспозициях и перед экспозициями осуществляют поперечное смещение фотопластинки симметрично, ь

5U, 1088529 А1 новлении голограммы в плюс первом диф- . ракционном порядке получают интерферограмму в определенной плоскости ее. локализации, находящейся перед голографическим изображением, о т л и ч а ю щ и й.с я тем, что, с целью обеспечения вычитания пространственных изображений, при первой экспозиции экспонируют светочувствительную среду с одним диапозитивом, а при последующих экспозициях — с другим диапозитивом, при этом делают нечетное число экспозиций, длительность которых пропорциональна биноминальным коэффициентам, причем. диффузный рассеиватель < смещают симметрично относительно первоначального на величину кратную а, а при восстановлении голограммы в плоскости ло- кализации интерферограммы фильтруют разность иэображений двух диапозитивов с (/) помощью непрозрачного экрана.со щелью.

С) относительно первоначального на кратную 0у1 величину. При просвечивании фотопластин-. ки и обьектива когерентной волной в фокальную плоскость объектива помещают непрозрачный экран со щелью конечной ширины так, чтобы щель совпала с темной Q полосой, и в плоскости изображения регистрируют разность изображении двух диа-.:, позитивов. При многоэкспозиционной регистрации получаются интерференционные полосы, разделенные широкими интервалами с нулевыми минимумами..Однако значительного улучшения качества отфильт-.. рованного изображения невозможно достичь, так как число экспозиций ограничено динамическим диапазоном фотографиче1088529

ЗО экспозиций, длительность которых пропорциональна биноминальным каэффициен- 40

50 ской эмульсии и не мо>кет превысить 3 — 5 экспозиций.

Ближайшим по техниче" кой сущности к предлагаемому способу является голографический способ преобразования изображений, заключающийся в том, что диффузнь»й рассеиватель асвеща»от при записи голограммы сходящейся сферической волной, экспозицией осуществляют поперечное смещение диффузного рассеивателя, а при восстановлении голограммы в плюс первом дифракционном порядке получают интерферограмму в определенной плоскости ее локализации, находящейся перед голографическим изображением.

Данный способ не обеспечивает вазмо>кности вычитания пространственных изображений.

Целью изобретения является обеспечение вычитания пространственных изображений.

Поставленная цель достигается тем, что в известном голографическом способе преобразования пространственных изображений, закл»ачающемся в там, чта диффузный рассеиватель освещают при записи голограммы сходящейся сферической волной перед экспозицией поперечное смещение диффузионного рассеивателя на величину а, а при восстановлении голограммы в пл»ос первом дифракционном порядке получают . интерферограмму в определенной плоскости и локализации, находящейся перед голографическим изабра>кением, при первой экспозиции экспонируют светочувствитель»ную среду С одним диапозитивом, а при последующих экспозициях — с другим диапозитивом, при этом делают нечетное число там, причем диффузныл рассеиватель; смещают симметрично относительно первоначального на величину кратну»а а, а при восстановлении голограммы в плоскости локализации интерферограммы фильтруют разность изображений двух диапозитивов с помощью непрозрачного экрана са щелью, Способ может быть реализован следующим образом.

Излучение лазера, расширснное с памощью коллимиру»ащей системы из линз, делится полупрозрачным зеркалом на два канала: опорный, образованный лучом, отраженным ат зеркала и падающим на фотопластинку под углом О к нормали поверхности фотопластинки и «>бьектнь»й, образованный просвечиванием сходящейся сферической волной, формируемой ллнзой диффузного рассеивателя и диапозитива, П ри первой экспозиции фотопластинки проводят ее экспонирование с одним диапозитивом, затем, после смены диапозити. ва, проводят многократное экспонирование фотопластинки с одной и той же величиной пог»еречного смещения диффузного рассеивателя, осуществляемого устройством перемещения между двумя экспозициями, причем поперечное смещение осуществпя»от симметрично относительно положения диффузного рассеивателя, занимаемого при первой экспозиции.

При восстановлении Галаграммь» в плоскости установки щелевой диафрагмы наблюдают локализованную многолучевую интерференционную картину в виде прямых полос, Выделение щелевой диафрагMOA участков интерференцлонной картины между макси»лума|ли интерферен цион н ых полос приводит к появлению в плоскости установки регистратора разности изображений ди-.. апоз»«тивов.

Физическое обоснование предлагаемого способа вычитания пространственных образов заключается в следующем.

Ва время первой экспозиции на фотопластинке регистрируется интенсивность

»1 =- (Vc + u 1)CVO + u 1)- (1) где с точностью да постоянных членов комплексные амплитуды опорной V«> и абьектНай U1 ВОЛ»» ИМЕЮТ ВИд « Хд »n8 (л)

V,-I, »»-Й»»T;«, »« " . »»г Л

» — „((к»-хД (÷„» 34 д . 6

2л

I« . =- —; — волновое число, л; — длина волны излучения лазера, (х, у) — плоскость установки диффузного рассеивателя и диапозитива, (х2у }- плоскость у.тановки фотопластинки, находящейся на расстоянии1от плоскости (х1у1), А(х1у1), А(х1у1) — комплексная амплитуда диффузного рассейвателя при освещении ега плоской когерентной волной, т1 (х1у») — комплексная амплитуда пропускания первого диапозитива, F —. радиус крив»лзны волнового фронта, освещающего диффузный рассеиватель.

Выражение (3) ."-аписано в приближении

Френеля - Киркгафа.

Ва время второй экспозиции на фото5 пластинке регистрируется интенсивность

I01=(Vo+ u1 XVo+ U "1)+ Щ

U,- ЦА(х, »>; j,)Ò (х, » « Я

» Я(г»»а-кД +(»,-« Д

1088529 голограммы, восстановленное поле в плоскости (хзуз). отстоящей от плоскости голограммы на расстоянии I, в параболическом приближении имеет вид

5 м-е хх(х, Я(о, au„") ° 4((-х) (И)*) ъе < >

Во время N 1 экспозиции на пластинке регистрируется интенсивность

IN-2 =(Чо+ О и-2)(Чо+.0 н-2)* (8),, +, Д Ч 1 ю г, 2р 6(,,1А (х;,1т,(х,ф В Т (ф1(4 (Х, о,ф

u„xffA(x+ — " ао)тх(хt))p,,xx(ÄÄ ю, )< k(t r}f " x "(х 1), .) — (х, — а-+(),-ф):, „, н-"(Е-х}(ахха-(o})) хх(х,-g) . ч Й JX119 . МФ Х вЂ” 104 6

Во времени N экспозиции (где N — нечетное число) на фотопластинке регистриру- . ется интенсивность

INÈ -. (Vo+ О N-1}(Vo+ UN-1)* (10) где,,, „. 35 Ох.,Щх, а:о,}тх(х, ),)"

„!, ;",Ã " ; );)

dx,dq, ; — ((х,- — a-xx) (t)t-t)x)

Ю

Величина интенсивности, зарегистриро- 45 ванная на фотопластинке

N — 1, I — = ° Ii+ Я I.,=Ni V,t2+ 10 I 2+

Если радиус корреляции неоднородностей диффузного рассеивателя удовлетворяет условию р (N — 1) а и

-у(— )(: .2 а) < <1 то выражеЖ 1 1 . х — 1 ние (14) приводится к виду

° 7< 2 2 (rF (x е+" j I +

В(х,,1 4 (х,g,) Г Т, (x,g, I+

+l х(хф) Q Йсоа- (---)2 ах,а

Предположим, что изображения диапозитивов идентичны и относительные времена экспозиций tm .удовлетвоояют условию

Cos;.г(— — — ) х,а =, )).— 1ж 1 1 (и )N t — -х)-"(-.— )Йх,а

I, (qg) 50

N-1

+ Х IО„ i2+V,01к+Ч,*01+V.<

n=1 и — 1 е> и — 1

° Х 0n+Vo+ Х О, n=1 и= ) (12) Тогда выражение (15) приводится к виду

)р(Х,wg,)

Э(Х,, -4"(, i F

Полагая, что запись голограммы проводится нэ линейном участке кривой почернения фотоматериала, при восстановлении

tt T (It,t),)tîx — (.-}хо

Т2(х1у ) — комплексная амплитуда пропускания второго диапозитива, а - величина поперечного смещения диффузного рассе-. ивателя (без потери общности рассуждений полагается. что смещение осуществляется в направлении оси Х1).

Во время 3-ей экспозиции.на фотопластинке регистрируется интенсивность

1 2 .(Vo + 0 2)(Чс + 012)* (6) где

-t „((x,-a) +t) )

u ff a(x,-а, )щх, ),) Е

° и.. 2 и

J>,J< < (т,/ — (х,-в-х,1 4(ф-ЯД

Подставив в. (13) выражения (3), (5), (7),. (9), (11) и воспользовавшись формулами преоб15 разования Фурье получаем:

1088529

И интенсивность в плоскости (хзуз) выделяет в плоскости голографического ! д „а т т „„та к изображения ати неидентичные участки. Таким образом, качество фильтруемого изоСоэз " ) {1--„)х1 а (19) брэжения при конечной ширине щели

Согласно выражению j1g) в птлоско- 5 диафрагмы зависит от числа экспозиций. сти голографического изображения . По сравнению с существующими анэлополучаем иэображение диапозитива на и „О и ива „а гэми пРеДложенный способ позволЯет Увеифф э о о ассеивателя а мно- личить качество фильтруемого Разностного изображения, так как в известйых реэлиза голучевая интерференционная картина описываемая выражением Сое2 й) 10 циЯх невозможно Увеличить число экспозиций .свыше 3-5 иэ-эа ограниченного

f (-. --) х,-а 1- .локализована (как и в динамического диапазона регистрирующей и пе) нэ тоянии F ù плоск „среды. 8 предлагаемом способе это огрэниИ е,ф, а представляет собой 18 ОгРаничение на число экспозиЦий по ПРеДИнтерферогрэмма представляет со ой е че ки че ю иеся интерфе ен- лагаемому способУ позволяет, как показы.ционные полосы в направлении сМещения .цио ные полосы в направлении сМещения - веет экспеРиментальнаЯ ПРоверка, цио ные полосы В напРВ ле"и" ЫВЩ ю" уве,чить число экспозиций свыше 3- .

Экспериментально было получено 15 экспо ффузного рассеивателяс пер.одом чер.- . У е чить С 0 экСпозиций свыше 3 довэния 20.зиций. мх —.— 1 — — (201 : Снособ может быть реааиаоаан бее каО(j.. — р ) ких-либо дополнительных технико-экономиЧем больше число экспозиций, тем бо ееу ческих затрат . на голографических узкие интбрференционные максимумы, раз- установках типа.СИН-1, УИГ-12; деленные ббИее шир кимитемными пром» 25 Возможны и дрыне варианты устройства пО: предЛэгаемому способу, не выходяЕсли после пеговой экспозиции последу- щие зэ P™ изобретения. например; ющие экспозиции выполняются с другим е ИСПОЛЬЗОВаНИЕ ВМЕСТО ОДНОЙ ЩЕЛИ ДЛЯ диапозитивом, имеющем в изображении фильтрации периодической структуры щеу астяи, отличные от первого. то контраст- 30 лей 1 целью повышениЯ Яркости изобрэженость интерференционной. картины УЬбвнь» шается ввиду того, что свет от неидентичных: Таким обраэоМ ПРВДложенный способ участков изрбрэжения концентрируйся в påøaåò актуальнУю в настоящве вРемя задаместах минимума. интерференционной кар- "" для целей Оптической обработки изобратины установка щелевойдиафрагмы намд 35 жений, позволяя ПОВысить кэчестВО нимтум интерференционной полосы. иэо ражения

Составитель

Редактор Е.Гиринская Техред IN.Ìoðãeíòàë Корректор А.Долинич

Заказ 4061 Тираж . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открцтиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Рэушская нэб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент". г. Ужгород, ул,Гагарина, 101