DE2837711C2

DE2837711C2 -

Info

Publication number: DE2837711C2
Application number: DE19782837711
Authority: DE
Inventors: William John Dallas; Hermann Dipl.-Phys. Dr.Rer.Nat. 2000 Hamburg De Weiss; Rolf Ing.(Grad.) 2081 Haseldorf De Linde
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 1978-08-30
Filing date: 1978-08-30
Publication date: 1988-11-10
Also published as: DE2837711A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von inversen Filtern durch Belichtung eines photografischen Aufzeichnungsmaterials mittels holographischer Methoden, zur Verwendung für die Nachbearbeitung eines Bildes.The invention relates to a method for Production of inverse filters by exposure of a photographic recording material by means of holographic methods, for use in the Postprocessing an image.

Es ist allgemein bekannt, daß es prinzipiell möglich ist, ein Bild zu verbessern oder aber ein verschlüsseltes Bild zu entschlüsseln durch nachträgliche optische inverse Filterung in der Fourier-Ebene einer Linse, siehe z. B. "Industrial Photography", 19, Mai 1970, S. 26 ff. Allerdings werden die optischen Methoden der inversen Filterung heute wenig benutzt, weil die Herstellung solcher Filter umständlich und zeitraubend ist. Der bisher erforderliche komplizierte Verfahrensaufbau zur Herstellung inverser holographischer Filter wird durch die US-Z: IEEE Spectrum, Dez. 1972, Seiten 24-41, insbesondere Fig. 7, deutlich. Hinzu kommt, daß der lineare Aufnahmebereich des photographischen Materials normalerweise einen sehr begrenzten Dynamikbereich hat. Der Ersatz dieser Linearitätsforderung durch eine bestimmte Forderung der Nichtlinearität, d. h. daß die resultierende Amplitudendurchlässigkeit des Materials proportional dem Logarithmus der Beleuchtung ist, ergäbe zwar eine Vereinfachung des inversen Filters bei der Herstellung, aber sie genügt nicht, wenn nicht die Aufnahmebedingungen dieser logarithmischen Nichtlinearität angepaßt sind. It is generally known that it is possible in principle to improve an image or to decrypt an encrypted image by subsequent optical inverse filtering in the Fourier plane of a lens, see e.g. B. "Industrial Photography", 19, May 1970, p. 26 ff. However, the optical methods of inverse filtering are rarely used today because the production of such filters is cumbersome and time-consuming. The previously required complicated process structure for the production of inverse holographic filters is made clear by US-Z: IEEE Spectrum, Dec. 1972, pages 24-41, in particular FIG. 7. In addition, the linear recording range of the photographic material normally has a very limited dynamic range. Replacing this linearity requirement with a specific nonlinearity requirement, i.e. that the resulting amplitude permeability of the material is proportional to the logarithm of the lighting, would simplify the inverse filter during production, but it will not be sufficient if the recording conditions are not adapted to this logarithmic nonlinearity .

Durch die US-PS 37 29 634 ist ein Verfahren zur Herstellung angepaßter holographischer Filter (matched filter) für die optische Bildverarbeitung bekannt. In dieser Druckschrift ist erwähnt, daß dabei das Intensitätsverhältnis von Objekt- und Referenzwelle von Bedeutung und beliebig einstellbar ist. Dabei ist aber entsprechend dem DE-Buch: Kiemle, H. und Röss, D. "Einführung in die Technik der Holographie" Akademische Verlagsgesellschaft, Frankfurt/M. 1969, Seiten 181 bis 207, davon auszugehen, daß dabei die Referenzwelle erheblich intensitätsstärker gewählt werden soll. Darüber hinaus ist in der US-PS 37 29 634 kein inverses Filter wie beim Gegenstand der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die Unterschiede zwischen einem angepaßten Filter und einem inversen Filter sind beispielsweise im DE-Buch: E. Menzel u. a. "Fourier-Optik und Holographie", Springer-Verlag, 1973, Seiten 11 bis 23, erläutert.Through the US-PS 37 29 634 is a method for Manufacture of matched holographic filters (matched filter) for optical image processing. In this publication mentions that the Intensity ratio of object and reference wave from Meaning and is arbitrarily adjustable. But there is according to the DE book: Kiemle, H. and Röss, D. "Introduction to holographic technology" Academic Publishing company, Frankfurt / M. 1969, pages 181 to 207, assume that the reference wave should be chosen much more intense. In addition, there is no inverse in US Pat. No. 3,729,634 Filters as in the subject of the present invention described. The differences between a customized one Filters and an inverse filter are for example in the DE book: E. Menzel u. a. "Fourier optics and holography", Springer-Verlag, 1973, pages 11 to 23, explained.

Durch die US-Z.: "Applied Optics, Vol. 16, No. 9, Sept. 1977, Seiten 2559 bis 2564", ist eine logarithmische optische Filterung unter Verwendung von Aufzeichnungsmaterialien mit einer logarithmischen Kennlinie bekannt.By US license number: "Applied Optics, Vol. 16, No. 9, Sept. 1977, pages 2559 to 2564 ", is a logarithmic one optical filtering using Recording materials with a logarithmic Characteristic curve known.

Auch in der US-Z.: "Applied Optics, Vol. 14, No. 9, Sept. 1975, Seiten 2260 bis 2266", sind logarithmische Transmissions-Kennlinien beschrieben.Also in US Z .: "Applied Optics, Vol. 14, No. 9, Sept. 1975, pages 2260 to 2266 ", are logarithmic Transmission characteristics described.

Die US-PS 37 67 284 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines Hologramms mittels nichtlinearer Aufzeichnungsmaterialien. The US-PS 37 67 284 describes a method for Production of a hologram using nonlinear Recording materials.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein vereinfachtes Herstellungsverfahren der eingangs genannten Art anzugegeben, mit dem inverse Filter in einem hohen dynamischen Bereich erhalten werden.The object of the invention is a simplified Manufacturing process of the type mentioned stated with the inverse filter in a high dynamic range can be obtained.

Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß für das Filterhologramm ein Aufzeichnungsmaterial mit einer logarithmischen Kennlinie verwendet und für die Belichtung ein Intensitätsverhältnis zwischen Referenz- und Objektwelle gewählt wird, welches kleiner als 1 ist.This task is solved by the fact that for the Filter hologram a recording material with a logarithmic curve used and for exposure an intensity ratio between reference and Object wave is selected, which is less than 1.

Es ist auch möglich, das Filterhologramm in an sich für einfache logarithmische Filter durch US-Z.: "Applied Optics, Vol. 14, No. 9, Sept. 1975, Seiten 2260 bis 2266", bekannter Weise durch Doppelbelichtung herzustellen, wobei zuerst mit hoch kohärentem Licht und einer gegenüber der Objektwelle intensitätsstarken Referenzwelle belichtet wird und dann eine zweite Belichtung (Nachbelichtung) nur mit der Objektwelle erfolgt, wobei diese dann intensitätsstärker ist als die Belichtung mit der Referenzwelle.It is also possible to have the filter hologram in itself for simple logarithmic filters by US Z .: "Applied Optics, Vol. 14, No. 9, Sept. 1975, pages 2260 to 2266 ", known manner to produce by double exposure, wherein first with highly coherent light and one opposite the Object wave exposed to high intensity reference wave and then a second exposure (post exposure) only with the object wave, this then is more intense than the exposure with the Reference wave.

Die Filterhologramme können auch mit teilkohärentem Licht hergestellt werden, wobei der relativ intensitätsstarke Referenzstrahl einen niedrigen Kohärenzgrad hat.The filter holograms can also be used with partially coherent Light are produced, the relative high intensity reference beam a low Has degree of coherence.

Wesentlich ist es, daß die Belichtung dem photographischen Material so angepaßt ist, daß nur der logarithmische Teil der Kennlinie des Materials ausgenutzt wird. Da die Belichtung stark von dem Objektstrahl beeinflußt wird, kann die Beleuchtung nicht immer über die gesamte Aufnahmeoberfläche angepaßt werden. In den Fällen, in denen die Objektwelle keine allzu starken Schwankungen hat, sondern das Objektspektrum ziemlich gleichmäßig ist, ist die Erfindung von besonders großem Vorteil.It is essential that the exposure to the photographic material is adapted so that only the logarithmic part of the characteristic curve of the material used becomes. Because the exposure is strong from the object beam is affected, the lighting can not always on the entire recording surface can be adjusted. In cases in which the object wave does not fluctuate too much but the spectrum of objects is pretty even, the invention is of particularly great advantage.

Ein solch spezieller Fall tritt auf bei der Abbildung mit kodierten Quellen, wie es z. B. in der deutschen Patentanmeldung P 24 14 322.4 beschrieben ist. Ein durch eine Vielzahl von Quellen erzeugtes Überlagerungsbild wird dabei nachträglich verarbeitet, um ein dekodiertes Objekt zu bekommen. Die Dekodierung in Form einer Autokorrelation ergibt nur näherungsweise eine Rekonstruktion des Objektes, während dagegen das Objekt ideal durch inverse Filterung rekonstruiert wird. Die Objektwellenfunktionen sind in diesem Fall so niedrig und räumlich so verteilt, daß die nach dem neuen Verfahren hergestellten inversen Filter besonders gut zur Dekodierung geeignet sind.Such a special case occurs in the illustration with coded sources, such as e.g. B. in German Patent application P 24 14 322.4 is described. One by one A variety of sources will produce an overlay image subsequently processed to a decoded object to get. Decoding in the form of an autocorrelation only approximates a reconstruction of the object, whereas the object ideally by inverse filtering is reconstructed. The object wave functions are so low and spatial in this case distributed so that those produced by the new process inverse filter particularly well suited for decoding are.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigen:The invention is explained in more detail with reference to the drawing. Show it:

Fig. 1 eine Anordnung zur Aufnahme des holographischen Filters, Fig. 1 shows an arrangement for receiving the holographic filter,

Fig. 2 eine Anordnung zur Filterung eines Bildes, Fig. 2 shows an arrangement for filtering an image,

Fig. 3 die Durchlässigkeits-Belichtungskurve eines photographischen Materials als Funktion der logarithmischen Belichtung. Fig. 3 shows the transmission exposure curve of a photographic material as a function of log exposure.

Nach Fig. 1 wird das Licht mit einem Laser 1 erzeugt und mit einer Lochblende 2 räumlich gefiltert. Linse 3, die im Abstand der Brennweite f von der Lochblende 2 entfernt ist, wandelt die sphärische Welle in eine ebene Welle um und beleuchtet das Objekt 4, das sich auch im Abstand f von der Linse 3 befindet.According to Fig. 1 the light is generated by a laser 1 and spatially filtered with a perforated panel 2. Lens 3 , which is at a distance of the focal length f from the pinhole 2 , converts the spherical wave into a plane wave and illuminates the object 4 , which is also at a distance f from the lens 3 .

Die Linse 5 fourier-transformiert die Objektwelle in die Ebene des holographischen Aufzeichnungsmaterials 8 mit logarithmischer Aufzeichnungscharakterisitik (Fig. 3).The lens 5 Fourier transforms the object wave into the plane of the holographic recording material 8 with logarithmic recording characteristics ( FIG. 3).

Die Referenzwelle, auch von dem Laser erzeugt, wird von der Lochblende 6 räumlich gefiltert, die dahinter entstehende sphärische Welle wird mit der Linse 7 in eine ebene Welle umgewandelt. The reference wave, also generated by the laser, is spatially filtered by the pinhole 6 , the spherical wave that arises behind it is converted with the lens 7 into a plane wave.

Die Referenzwelle und die Objektwelle belichten das Aufzeichnungsmaterial. Eine rotierende Mattscheibe 9 wird in den Referenzstrahlengang eingeschoben, falls teilkohärentes Licht gebraucht wird. Nach Entwicklung des Aufzeichnungsmaterials 8 wird das nun entstandene inverse Filter, wie in Fig. 2 dargestellt, benutzt. Das Objekt, das gefiltert werden soll, wird optisch fourier-transformiert. Eine Welle beleuchtet das inverse Filter 8 a. Die Welle, die von dem Filter ausgeht, wird mit der Linse 11 fourier-transformiert in das Ergebnis 10. Fig. 3 zeigt eine Kennlinie für ein Aufzeichnungsmaterial, das für die Herstellung von inversen Filtern benutzt wird. Bei dem für holographische Zwecke verwendeten typischen photographischen Emulsionen wird der lineare Bereich verwendet und der Dynamikbereich hat etwa einen Faktor 4, während der dynamische Bereich auf der logarithmischen Kennlinie einen Faktor 50 hat.The reference wave and the object wave expose the recording material. A rotating focusing screen 9 is inserted into the reference beam path if partially coherent light is needed. After development of the recording material 8 , the inverse filter which has now been created, as shown in FIG. 2, is used. The object to be filtered is optically Fourier transformed. A wave illuminates the inverse filter 8 a . The wave emanating from the filter is Fourier-transformed into the result 10 with the lens 11 . Fig. 3 shows a characteristic curve for a recording material which is used for the production of inverse filters. In the typical photographic emulsions used for holographic purposes, the linear range is used and the dynamic range has about a factor of 4, while the dynamic range on the logarithmic characteristic has a factor of 50.

Für die holographische Aufnahme ist die Belichtung dannThe exposure is then for the holographic recording

E = ϕ [1 + a² + 2a cos R], (1) E = ϕ [1 + a ² + 2 a cos R ], (1)

wobei ϕ die Referenzwellenbelichtung, a der Betrag des Verhältnisses Objektwelle zur Referenzwelle und R der Phasenwinkel von Objekt- und Referenzwelle ist.where ϕ is the reference wave exposure, a is the magnitude of the ratio of the object wave to the reference wave and R is the phase angle of the object and reference wave.

Es ist bekannt, daß die Periodizität des Winkels R ausgenutzt werden kann, um die Amplitudendurchlässigkeit des Hologramms als Fourierreihe zu beschreiben, d. h.It is known that the periodicity of the angle R can be used to describe the amplitude permeability of the hologram as a Fourier series, ie

wobeiin which

Da die Referenzphase eine Trägerfrequenz enthält, wird jedes Glied dieser Fourierreihe einer Beugungsordnung des Hologramms entsprechen. Wir wählen die -1. Beugungsordnung als Filterordnung, so daß die effektive Filterdurchlässigkeit gegeben ist durchSince the reference phase contains a carrier frequency, every member of this Fourier series of a diffraction order of the hologram. We choose the -1. Diffraction order as a filter order so that the effective filter permeability is given by

= C _-1 (a, ϕ ) e ^{-iΦ n (4)
wobei Φ _n die Objektwellenphase ist.
Für eine logarithmische Nichtlinearität
T(E) = T₀-T₁ ln (E), (5)
wobei T₀, T₁ Konstanten sind, läßt sich eine entsprechende
Fourierreihe C _m ableiten, nach der ein einmal belichtetes
Hologramm einem inversen Filter entspricht. Um diese Bedingung
zu erfüllen, braucht man in diesem Fall eine
Referenzwelle während der Belichtung des Hologramms, die
intensitätsschwach gegenüber der Objektwelle ist. Dieses
Verhältnis Referenz- zu Objektwelle ist genau umgekehrt,
wie es bei der Hologrammherstellung bisher mit hoch
kohärentem Licht üblich ist.
Wenn man das Hologramm jeodch zweimal und nacheinander
belichtet, zunächst mit einem Objekt- zu Referenzstrahlverhältnis,
wie es für die Herstellung optimaler Hologramme
üblich ist, und danach nur mit der Objektwelle
nachbelichtet, wird die gesamte Belichtung
E = ϕ [1 + (1 + b)a² + 2a cos R] (6)
wobei b eine Konstante bedeutet, die proportional der
Nachbelichtung ist.
Unter den Bedingungen, daß

wird die Filterfunktion

bzw.

da die Referenzwelle und b Konstanten sind.
Belichtet man demzufolge die holographische Platte zweimal
nacheinander, einmal mit intensitätsstarkem Referenzstrahl,
d. h. mit einem Verhältnis von Objekt- zu Referenzwelle,
wie es bei der Herstellung von Hologrammen üblich
ist, und einmal ohne Referenzstrahl, wobei die Objektbelichtung
hierbei stark ist im Vergleich zur Belichtung
mit dem Referenzstrahl, so erhält man auch ein inverses
Filter.
Es gibt auch die Möglichkeit, ein Filter herzustellen
mittels teilkohärentem Licht, d. h. der Referenzstrahl ist
nur räumlich teilkohärent zum Objektstrahl. Solche Teilkohärenz
kann durch Einbringen einer rotierenden Mattscheibe
in den Referenzstrahlengang anstelle der Lochblende
6 in Fig. 2 erzeugt werden. Beleuchtet man dann das Hologramm
mit teilkohärentem Licht, wobei der Referenzstrahl
intensitätsstark ist und der Kohärenzgrad niedrig, so
erhält man ebenfalls ein inverses Filter.} =C. _-1 (a,ϕ ) e ^{-iΦ n (4)
in whichΦ _n is the object wave phase.
For logarithmic non-linearity
T (E) =T₀-T₁ ln(E), (5)
in whichT₀,T₁ are constants, can be a corresponding
Fourier seriesC. _m deduce after which a once exposed
Hologram corresponds to an inverse filter. To this condition
in this case you need to meet one
Reference wave during exposure of the hologram, the
is weak in intensity compared to the object wave. This
The ratio of reference to object wave is exactly the opposite,
as has been the case with hologram production up to now
coherent light is common.
If you look at the hologram twice and one after the other
exposed, initially with an object to reference beam ratio,
like it is for making optimal holograms
is common, and then only with the object wave
postexposed, the entire exposure
E =ϕ [1 + (1 +b) a² + 2a cosR] (6)
in whichb means a constant that is proportional to the
Post exposure is.
Under the conditions that

becomes the filter function

respectively.

because the reference wave andb Are constants.
Accordingly, the holographic plate is exposed twice
one after the other, once with a high-intensity reference beam,
d. H. with a ratio of object to reference wave,
as is common in the production of holograms
and once without a reference beam, the object exposure
is strong compared to exposure
with the reference beam, you also get an inverse
Filter.
There is also the possibility to make a filter
by means of partially coherent light, d. H. is the reference beam
only partially coherent with the object beam. Such partial coherence
can be done by inserting a rotating screen
in the reference beam path instead of the pinhole
6 inFig. 2 are generated. Then illuminate the hologram
with partially coherent light, the reference beam
is intense and the degree of coherence is low, so
you also get an inverse filter.}

Claims

1. A method for producing inverse filters by exposure of a photographic recording material by means of holographic methods, for use for the post-processing of an image, characterized in that a recording material with a logarithmic characteristic curve is used for the filter hologram and an intensity ratio between the reference and object waves for the exposure is selected, which is less than 1.

2. The method according to claim 1, characterized in that the manufacture of the Filter hologram is done by double exposure, such that with highly coherent light and one opposite the Object wave exposed to high intensity reference wave and then a second exposure (post exposure) only with the object wave, this then is more intense than the exposure of the Reference wave.

3. The method according to claim 1, characterized in that a hologram with partially coherent light is produced, the Degree of coherence of a relatively intense one Reference beam is low.

4. The method according to claim 3, characterized in that the low degree of coherence of the Reference beam by extending the optical path length compared to the object wave is continuously achieved.

5. The method according to claim 3, characterized in that in the beam path Reference shaft arranged a rotating screen becomes.