Устройство для записи объемного изображения объектов

 

ОП ИСАНИЕ

H3OSPETE Н ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (> 987571

Союз CoBOTcnNx

Социалистических

Республик, (61) Дополнительное к авт. саид-ву (22)Заявлено 30,0,,81 (21) 3241902/18-25 с присоединением заявки .% (23) Приоритет

Опубликовано 07.01,83, Бюллетень № 1

Дата опубликования описания 07,01 ° 83 (51)М. Кд.

G 03 Н 1/04

Гееударетвевввй квинтет

СССР

Пе делам изебретевий и еткрытий (53) УДK 772.99 (088,8) (72) Авторы изобретения т"

Г„Г. Голенко, В. Г. Комар, И.Д. Барским,. и, Б E тСтщктор т (( т

° ск, Всесоюзный научно-исследовательский кинофотэинститут (7! ) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАПИСИ ОБЪЕМНОГО

ИЗОБРАЖЕНИЯ ОБЪЕКТОВ

Изобретение относится к объемной фотографии, объемной кинематографии и голографии при последующей голографической печати и воспроизведении.

5 а

В современной объемной фотографии, кинематографии и в других областях применения объемного изображения известны устройства для получения объемного изображения объектов, содержащие объектив, изготовленный на основе сферических поверхностей, линзовый растр со сферическими или цилиндрическими элементами и фотослой. В этих устройствах растр помещается непосредственно в плоскости изображения снимаемого объекта. фотослой помещается или в плоскости микроизображений, формируемых линго зовыми элементами растра, или в фокалаиой плоскости растра (11.

Однако поскольку наблюдение снятого объемного изображения ведется через растр, то максимальное значение разрешающей способности не превышает величины (2с) ", где t — шаг растра, Это объясняется тем, что из-за ограниченного зрачка глаза человека в каждой данной точке наблю-дения зрачок глаза покрывается световым конусом лучей, сформированного только одной точкой микроизображения, расположенного за данной сферической линзой растра. Поэтому каждая линза растра представляется наблюдателю равномерно светящимся элементом изображения, причем яркость этого элемента пропорциональна коэффициенту пропускания фотослоя той точки микроизображения которая на7 ходится на оси глаз — линза растра.

Вследствие перечисленных выше причин объемное изображение имеет ярко выраженную растровую структуру.

Кроме того, глубина резко изображаемого пространства, определяемая

987571 по уровню разрешающей способности порядка (2t)-", ограничена падением разрешающей способности по мере удаления наблюдаемого сечения объемного изображения от плоскости растра.

Разрешающая способность для сечения объемного изображения, находящегося вне плоскости растра, определяется числом линзовых элементов, через которые из данной точки наблюдения видно это сечение, т,е, величина разрешающей способности падает с увеличением расстояния между растром и наблюдаемым сечением объекта.

Это падение разрешающей способности с расстоянием и является тем фактором, который ограничивает глубину резкости изображения.

Ввиду того, что носителем объемного изображения является моноблок, состоящий из растра и фотослоя, при копировании объемных изображений -число используемых растров должно быть равным числу копий.

Кроме того, при изготовлении моноблока необходимо точное совмещение растра и фотослоя с записанным объемным изображением, что приводит к значительным технологическим трудностям, Наиболее близким по технической сущности к предложенному является устройство для записи объемного изоб" ражения объектов, содержащее съемочный объектив, расположенный на оптической оси системы, линзовый растр со сферическими элементами и расположенный в фокальной плоскости растра носитель записи.

Носитель регистрирует за каждой линзой все ракурсы той точки объемного изображения, которая находится в непосредственной близости от данной линзы. После химико-фотографической. обработки фотослой носителя записи устанавливают в то же самое положение, что и при съемке и облучают со стороны, противоположной растру, источником когерентного света (лазером). Благодаря тому, что линзовый растр обладает способностью "запомнить" направление падающих на него лучей в том же месте пространства, в котором находился снимаемый объект, возйикает автостереоскопическое изображение объекта съемки, которое регистрируется на голографическую пластинку, помещенную в ту же менно с полезным объемным изображением восстанавливается изображение растровой структуры, разрешающая способность объемного изображения, так же как и в рассмотренных выше аналогах, не может превосходить (2t), Кроме того, объем нае голог рафи-

40 ческое изображение, полученное с помощью этого устройства, включает в себя изображение растра. Таким образом, в конечном изображении присутствует растровая структура, что

45 приводит к дискретизации объемного изображения, В известном устройстве невозможно осуществить уменьшение вертикального размера растра и носителя записи, что очень важно для целей киноголографии, Целью изобретения является уве.личение разрешающей способности и глубины -резкости изображения, а также устранения растровой структуры.

16

25 зо область пространства, в которой возникает изображение снимаемогo объекта и изображение растра, Регистрация объемного изображения и изображения растровой структуры осуществляется посредством когерентного опорного пучка, С целью уменьшения формата голограммы объемное изображение, регистрируемое голограммой,- может быть уменьшено посредством дополнительного печатающего объектива, установленного непосредственно перед съемочным объективом.

При восстановлении голограммы когерентным светом наблюдатель из зоны видения, которая совпадает с входным зрачком съемочного объектива, может видеть объемное изображение снимаемого объекта ° . Благодаря тоь му, что в этом устройстве носителем объемного изображения является голограмма, один съемочный растр может обеспечить получение большого количества. копий с различными объемными изображениями )2).

Однако известное устройство для записи объемного изображения не позволяет получить одновременно достаточную величину разрешающей способности и достаточную глубину резкости объемного изображения. Ввиду то го, что в этом устройстве одновреПоставленная цель достигается тем; что в устройстве для записи объемного изображения объектов, со9875 держащем съемочный объектив, расположенный на оптической оси системы, линзовый растр со сферическими элементами и расположенный в фокальной плоскости растра носитель записи, растр с носителем записи установлен вне плоскости изображения объекта, сформированного съемочным объективом, на расстоянии Z, определяемом по формуле

71 6 на f/?3Z, Для получения аналитической зависимости д от Z заметим, что при падении на линзу диаметром d сходящегося (или расходящегося) луч ка под углом Ч, по законам геометрической оптики кружок расфокусировки

d виден из центра линзы под тем же углом V . Следовательно, справедливо равенство: d/Z=®f или К=df/Z .

35 где d — средний диаметр линзы раст- 15 ра; среднее фокусное расстояние растра;

R — средняя величина разрешаюл щей способности системы лин- 2о зы растра - носитель записи, взятая по уровню визуально различимого контраста.

Предложенное расположение растра с носителем записи отличается 25 от известного тем, что позволяет произвести на стадии голографической печати оптическое разделение полезного объемного изображения и мешающего наблюдению растровой структу- зв ры. Это связано с тем, что на стадии голографической печати голограмма, так же как и в известном устройстве, совмещена с объемным изображением снимаемого объекта, а изображение растра при голографической печати оказывается разделенным с изображением снимаемого объекта, так как оно было отделено от изображения объекта на стадии съемки. 40

Получим аналитическую зависимость разрешающей способности от расстояния для предлагаемого устройства и аналитическую зависимость для расстояния Z . При регистрации устройством пары точек, разделенных таким же по размерам, как и точки промежутком, и принятым нами за элемент разрещения, в плоскости фотослоя (фокальная плоскость растра) зарегистрируется два кружка расфокусировки диаметром д и расстоянием между центрами 2 6 . В пространстве изображений этим кружкам расфокусировки на расстоянии Z от плоскости растра со1 55 ответствует размер элемента Ь . Поэтому очевидно равенство f/2Ê=ôÄ или

g =2dZ/f, Естественно, что разрешающая способность системы R =1/A рав

Однако, при Z меньшим Z =6Я0, величина д остается постоянной, К=, =(Р/S)f, т.е, занимает всю площадь микрокадра и величина R =О,5tю

При увеличении Z, величина R (по уровню величины контраста K=O 25) остается постоянной и равной O,8d ".

При Е„=d f /M, где M — ширина функции рассеяния точки системы, величина

dà стремится к М, и при Z большим Л

4=M=const, а величина R становится

I равной f/MZ, Переходя от И к величине разрешающей способности системы линза — фотослой, получим 2„,=1, 25df R„.

Очевидно, что 2 — то максимальное ( расстояние, при котором R все еще не падает и остается на высоком уровне относительно уровня разрешающей способности R при Z=0 который характерен для прототипа и для любой растровой съемки, без устранения растровой структуры.

Естественно, что увеличение разрешающей способности влечет за собой и увеличение глубины резко передаваемого пространства.

На фиг. 1 приведено устройство записи объемного изображения объектов с использованием растра со сферическими элементами; на фиг, 2 устройство в режиме перепечатки объемного изображения на голограмму; на фиг. 3 — то же, в режиме восстановления объемного изображения с голограммы.

Устройство записи объемного изображения объектов (фиг, 1) имеет съемочный объектив 1, расположенный на оптической оси системы, линзовый растр 2 со сферическими элементами. В фокальной плоскости растра

2 помещен носитель 3 записи. Линзовый растр 2, установленный на расстоянии Z от изображения 4 снимаемого объекта 5, может располагаться как перед, так и за изображением 4 снимаемого объекта 5.

Носитель 3 записи располагается в фокальной плоскости растра 2 с

9875

50 той стороны растра 2, которая противоположна объективу 1.

Устройство работает следующим образом, Съемочный объектив 1 строит на расстоянии Z изображение 4 объекта

5, Объект 5 расположен от съемочного объектива 1 на расстоянии . Съемка объектива 5 производится в любом актиничном для носителя 3 записи свете. Линзовый растр 2 со сферическими линзовыми элементами, расположенный от объектива 1 иа расстоянии S в плоскости носителя 3 за писи, расположенного в фокальной 3S плоскости растра 2, формирует множество ракурсных изображений объекта 5, которые регистрируются носителем 3 записи. В режиме голографической печати (фиг. 2) носитель 3 20 записи с позитивными ракурсными изображениями помещается в устройство в то же самое положение, что и при съемке и освещается пучком 6 когерентного света. 25

Система растр 2 — носитель 3 заI писи на расстоянии E от плоскости растра 2 формирует объемное растровое изображение 7 снимаемого объекта 5. Схемочный объектив 1 пере- з0 носит изображение 7 в ту же область пространства, в которой находился объект 5 при съемке. Сформированное системой носитель 3 записи - растр

2 — съемочный объектив 1 изображение

8 снимаемого объекта 5, которое по своим геометрическим параметрам и положению в пространстве тождествен/ но снимаемому объекту 5, фиксируется на голограмме 9, расположенной в том же места пространства, что и изображение 7, опорным пучком 10.

Точка P растра 2, находящегося на расстоянии S от съемочного объектива 1, переносится этим объективом

1 на расстояние S» оптически сопряженное с расстоянием S. Таким образом, изображение растровой структуры 11 пространственно разделено с изображением 8 объекта 5 съемки, В режиме восстановления голограммы 9 (фиг. 3) пучком 12 некогерентного света восстанавливается голографическое изображение 13 объекта

5, так же как и голографическое

55 изображение 14 растровой структуры 11. Изображейие 14 размывается . пропорционально удалению точки изоб71 8 ражения Р от плоскости голограммы 9.

Ввиду того, что наиболее удаленная точка А снимаемого объекта 5 находится значительно дальше от гойограммы 9, чем точка Р изображения 11 растровой структуры, голографическое изображение растра 14 получается значительно более размытым, чем изображение 13 объекта 5. Подбирая параметры восстанавливающегося пучка 12, можно добиться того, что величина йР

l I размытия 15 точки P окажется большей, чем приведенное значение (S /

/S)t шага растра 2 и дискретная структура растра 2 исчезнет.

Пучок 16 лучей, формирующий изображение d А точки А, формирует зону

1 7 видения, которая эквивалентна по своему пространственному расположению зрачку съемочного объектива 1, Наблюдатель 18, находясь внутри зоны 17 видения на расстоянии 2 от голограммы 9, видит изображение 13 снимаемого объекта 5 без растровой структуры.

Использование предлагаемого устройства для записи объемного изображения обеспечивает следующие преимущества: возможность получения высококачественного цветного объемного изображения с большими значениями разрешающей способности и глубины резко передаваемого пространства с устранением. растровой структуры, повышение разрешающей способности и глубины резко передаваемого пространства позволяет перейти к использованию значительно более технологичных в изготовлении крупноструктурнйх растров, а также появляется возможность перехода на стандартные цветные обратимые фото- и кинопленки на стадии записи, что позволяет включить линзо-растровую съемку в систему профессионального голографического кинематографа, при отказе от регистрации вертикальных параллаксов при использовании растра с цилиндрическими линзовыми элементами возможно значительно уменьшение вертикального размера кадра при записи, например, за счет введения между обычно используемым в этом случае щелевым объективом и растром анаморфотной насадки. формула изобретения

Устройство для записи объемного изображения объектов, содержащее

987571 съемочный объектив, расположенный на оптической оси системы, линзовый растр со сферическими элементами и расположенный s фокальной плоскости растра носитель записи, отличающееся тем, что, с целью увеличения его разрешающей способности и глубины резкости изображения, а также устранения растровой структуры, растр с носителем записи установлен вне плоскости иэображения объекта, сформированного съемочным объективом, на расстоянии, определяемом по формуле

Z = l y25d f Rat где d - средний диаметр линзы растРа, - среднее фокусное расстояние растра;

R - средняя величина разрешаюл щей способности системы лин за растра - носи тель записи.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Дудников Ю.А. О расчете схемы получения интегральных фотографий смешанным. способом. - "Оптикомех. пром-ть", l974, ll 8, с. 1317 °

2, Комар В.Г. О возможности создания театрального кинематографа с цветным объемным изображением.

"Техника кино и телевидения", 1975, 1т 4, с. 31 - 39 (прототип).

987571 . Составитель В,Аджалов

Редактор Аг.Шандор Техред А.Бабинец

Корректор М.Коста аказ 10300/34 ираж 471 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5 илиал ППП атент, г. жгород, ул, роектная,