FR2472217A1

FR2472217A1 - Holographic method for prodn. of inverse filter - using recording material with logarithmic characteristic and stipulated intensity ratio between reference and lens beams

Info

Publication number: FR2472217A1
Application number: FR7931470A
Authority: FR
Inventors: William John Dalla; Rolf Linde; Hermann Weiss
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1979-12-21
Filing date: 1979-12-21
Publication date: 1981-06-26
Also published as: FR2472217B1

Abstract

The inverse filter for coding or decoding an image or for image improvement, is obtained using a holographic method. A recording material with a logarithmic characteristic is used for the filter hologramm, with an intensity ratio between the reference light waves and the lens. Light rays which is different from that being used during the exposure. The filter hologramm may be obtained via a double exposure, with the coherent reference light used for the initial exposure and the lens light waves which are of greater intensity, used for the second exposure.

Description

L'invention concerne un procédé pour la réalisation de filtres inverses à l'aide de méthodes holographiques. The invention relates to a method for producing inverse filters using holographic methods.

D'une façon générale, on sait qu'en principes, il est possible d'améliorer une image, ou bien, de décoder une image codée par filtrage inverse optique dans le plan de Fourier d'une lentille, voir par exemple 'In dustrial Photography", 19, mai 1970, S. 26 ff. In general, it is known that in principle it is possible to improve an image, or else to decode a coded image by optical inverse filtering in the Fourier plane of a lens, see for example 'In dustrial Photography ", 19, May 1970, S. 26 ff.

Toutefois, les méthodes optiques du filtrage inverse ne sont guère utilisées actuellement du fait que la réalisation de tels filtres est compliquée et labo rieuseç De plus, la gamme d'enregistrement linéaire du matériau photographique présente normalement une capacité dynamique très limitée be remplacement de cette exigence de linéarité par une exigence de non linéarité déterminée. However, the optical methods of the inverse filtering are hardly used at the present time because the production of such filters is complicated and sophisticated. Moreover, the linear recording range of the photographic material normally has a very limited dynamic capacity to replace this requirement. linearity by a determined nonlinearity requirement.

c'est-à-dire que la transparence d'amplitude résultante du matériau est proportionnelle au logarithme de l'éclairage, fournit une réalisation plus simple du filtre inverse, il est vrai, mais non satisfaisanX lorsque les conditions d'enregistrement de cette non linéarité logarithmique ne sont pas adaptées.that is, the resultant amplitude transparency of the material is proportional to the logarithm of the illumination, provides a simpler realization of the inverse filter, it is true, but not satisfactory when the recording conditions of this non logarithmic linearity are not suitable.

Le IEES Spectrun, volume 9, n0 12, 1972,
S. 34, figure 7 décrit en détail un procédé pour la réa- lisation d'un filtre inverse. La répartition lumineuse nécessaire pour la réalisation d'un tel filtre doit titre obtenue à l'aide d'un processus photographique compliqué.The IEES Spectrun, Volume 9, No. 12, 1972,
S. 34, FIG. 7 describes in detail a method for producing a reverse filter. The light distribution necessary for the production of such a filter must be obtained by means of a complicated photographic process.

Un filtre d'amplitude à former à cet effet est constitué par deux plaques photographiques qui doivent titre réalisées l'une après l'autre Disposées à nouveau dans la marche de rayons, elles doivent être ajustées, l'une par rapport à l'autre et par rapport à la répartition lumineuse à utiliser, ce qui nécessite des exigences élevées pour l'ajustage. La réalisation du filtre inverse dans le pren-er plan de Fourier n'est pas possible, du fait, qu'à vrai dire, il faut prendre pour la réalisation du filtre, la répartition lumineuse directement après la
couche porteuse, après la seconde plaque photographique
N2 sur la figure 7.De ce fait, il faut une seconde
structure de Fourrier, qui fournit cette répartition lu
mineuse dans le second plan de Fourier et ensuite le fil
tre inverse peut être obtenu à cet endroit à 11 aide de
techniques holographiques connues0
La présente invention vise à fournir un procédé de réalisation simplifié du genre mentionné dans le préambule permettant d'obtenir le filtre inverse dans une grande gamme dynamique.An amplitude filter to be formed for this purpose consists of two photographic plates which must be made one after the other. Once again in the ray path, they must be adjusted relative to one another. and in relation to the light distribution to be used, which requires high requirements for fitting. The realization of the inverse filter in the pre-Fourier plane is not possible, because, to tell the truth, it is necessary to take for the realization of the filter, the light distribution directly after the
carrier layer, after the second photographic plate
N2 in Figure 7.For this, it takes a second
Fourrier structure, which provides this distribution read
leaf miner in the background of Fourier and then the thread
The reverse may be obtained at this location by
known holographic techniques0
The present invention aims to provide a simplified embodiment of the kind mentioned in the preamble for obtaining the inverse filter in a large dynamic range.

Ce but est atteint par utilisation, pour l'hologramme de filtre d'un matériau d'enregistrement présentant une courbe caractéristique logarithmique et, pour l'éclairage, d'un rapport d'intensité différant de l'unité entre l'onde de référence et l'onde d'objet. This object is achieved by using, for the filter hologram of a recording material having a logarithmic characteristic curve and, for illumination, an intensity ratio differing from the unit between the reference wave and the object wave.

Ainsi, on atteint que la réalisation d'un filtre d'amplitude comportant deux parts peut être omise, tout comme une seconde structure de Fourier additionnelle et, de ce fait, un ajustage compliqué. L'enregistrement logarithmique du filtre d'amplitude et de l'hologramme nécessaire pour le filtre inverse se produit plut8t dans le premier plan de Poudrier sur la même plaque photographique au même endroit, En revanche, tous les filtres inverses non réalisés à l'aide du procédé conforme à l'inventioe nécessitent un second filtre d'amplitude sous forme d'une plaque avec un second arrangement de Fourier, ou sont c titués au moins par un sandwich d'un filtre d'amplitude et d'un hologramme0
Lorsque, que seul un enregistrement holographique est utilisé pour la réalisation du filtre, il est avantageux de choisir, dans le cas d'un rayonnement cohérent, l'intensité de l'onde de référence plus faible par rapport à celle de l'onde d'objet.Thus, it is realized that the realization of an amplitude filter having two parts can be omitted, as a second additional Fourier structure and, therefore, a complicated adjustment. The logarithmic log of the amplitude filter and the hologram needed for the inverse filter occurs rather in the first plane of Poudrier on the same photographic plate at the same place, on the other hand, all inverse filters not made using The method according to the invention requires a second amplitude filter in the form of a plate with a second Fourier arrangement, or are at least arranged by a sandwich of an amplitude filter and a hologram.
When, only a holographic recording is used for the realization of the filter, it is advantageous to choose, in the case of a coherent radiation, the intensity of the reference wave which is weaker than that of the waveform. 'object.

De plus, il est potable de réaliser l'holo- gramme de filtre par double éclairage, opération pour laquelle on procède d'abord à un éclairage avec de la lumière très cohérente et une onde de référence plus intense par rapport à l'onde d'objet et ensuite, à un seconde éclairage (éclairage postérieur) avec uniquement l'onde d'objet, 11 intensité de ce dernier étant alors supérieure à celle de l'éclairage à l'aide de l'onde de référence. In addition, it is safe to make the filter hologram by double illumination, operation for which one proceeds first to a lighting with very coherent light and a reference wave more intense compared to the wave of object and then at a second illumination (posterior illumination) with only the object wave, the intensity of the latter then being greater than that of the illumination by means of the reference wave.

Les hologrammes de filtre peuvent également être réalisés à l'aide de lumière partiellement cohérente, l'intensité du rayon de référence étant élevée et son degré de cohérence faible. Filter holograms can also be made using partially coherent light, the intensity of the reference beam being high and its degree of coherence low.

Il est essentiel que l'éclairage du matériau photographique soit adapté de façon que seule la partie logarithmique de la courbe caractéristique du matériau soit utilisée. Du fait que l'éclairage est fortement influencé par le rayon d'objet, l'éclairage ne peut pas toujours titre adapté sur toute la surface d'enregistrement. It is essential that the illumination of the photographic material be adapted so that only the logarithmic part of the characteristic curve of the material is used. Since the lighting is strongly influenced by the object radius, the lighting can not always be adapted to the entire recording area.

La présente invention est surtout avantageuse dans le cas où l'onde d'objet ne subit pas de trop fortes variations, c'est-à-dire que le spectre d'objet est assez wnorme. The present invention is especially advantageous in the case where the object wave does not undergo too large variations, that is to say that the object spectrum is quite large.

Un tel cas spécial se produit dans le cas d'une reproduction à l'aide de sources codées, comme le décrit la demande de brevet allemand mO 2 266.203. Une image de superposition obtenue par un grand nombre de sources est traitée ultérieurement pour obtenir un objet décodé. Le décodage sous forme d'une auto-corrélation ne fournit que par approximation une reproduction de l'objet, alors que l'objet est reproduit de façon idéale par filtrage inverse. Dans ce cas, les fonctions d'onde d'objet sont si faibles et réparties de façon que les filtres inverses réalisés suivant le nouveau procédé conviennent particulièrement au décodage. Such a special case occurs in the case of reproduction using coded sources, as described in German Patent Application No. 2,266,203. An overlay image obtained from a large number of sources is further processed to obtain a decoded object. Decoding as an autocorrelation only approximatively provides a reproduction of the object, while the object is ideally reproduced by inverse filtering. In this case, the object wave functions are so weak and distributed so that the inverse filters made according to the new method are particularly suitable for decoding.

La description ci-après, en se référant au dessin annexé, le tout donné à titre d'exemplezon limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. The following description, with reference to the accompanying drawing, all given as a limiting example, will make it clear how the invention can be realized.

La figure 1 représente un ensemble pour l'enregistrement du filtre holographique. Figure 1 shows an assembly for recording the holographic filter.

La figure 2 montre un ensemble pour le filtrage d'une image. Figure 2 shows a set for filtering an image.

La figure 3 montre la courbe de perméabi lité éclairage d'un matériau photographique en fonction de l'éclairage logarithmique0
Selon la figure 1, la lumière s'obtient avec un laser 1, qui est filtré spatialement à l'aide d'un diaphragme 2. La lentille 3, qui est écartée du diaphragme 2 d'une distance égale à la distance focale f, transforme l'onde sphérique en une onde plane et éclaire l'objet 4, qui est également écarté d'une distance f de la lentille 3.Figure 3 shows the light permeability curve of a photographic material as a function of logarithmic illumination.
According to FIG. 1, the light is obtained with a laser 1, which is filtered spatially by means of a diaphragm 2. The lens 3, which is separated from the diaphragm 2 by a distance equal to the focal distance f, transforms the spherical wave into a plane wave and illuminates the object 4, which is also spaced a distance f from the lens 3.

La lentille 5 effectue une transformation de Fourier de l'onde d'objet O dans le plan du matériau d'enregistrement holographique 8 présentant une caractéristique d'enregistrement logarithmique (figure 3). The lens 5 performs a Fourier transform of the object wave O in the plane of the holographic recording material 8 having a logarithmic recording characteristic (FIG. 3).

L'onde de référence R, qui est également obtenue à partir du laser 1, est filtrée spatialement par le diaphragme 6, l'onde sphétique formée est transformée, à l'aide de la lentille 7, en une onde plane. The reference wave R, which is also obtained from the laser 1, is filtered spatially by the diaphragm 6, the formed spherical wave is transformed, using the lens 7, into a plane wave.

L'onde de référence R et l'onde d'objet O assurent l'éclairage du matériau d' enregistrement. Un disque en verre dépoli rotatif 9 est glissé dans la marche des rayons de référence, dans le cas où l'on utilise de la lumière partiellement cohérente. Après développement du matériau d'enregistrement 8, on utilise le filtre inverse, ainsi formé, comme il est représente sur la figure 2. L'objet à filtrer 4a subit une transformation de Fourier optique. Une onde éclaire le filtre inverse 8a. L'on de sortant du filtre -subit une transformation de Poudrier avec la lentille Il de résultat 10. La figure 3 montre une courbe caractéristique pour un matériau d'enregistrement utilisé pour la réalisation de filtres inverses. The reference wave R and the object wave O illuminate the recording material. A rotary frosted glass disk 9 is slid into the path of the reference rays, in the case where partially coherent light is used. After development of the recording material 8, the inverse filter, thus formed, is used as shown in FIG. 2. The object to be filtered 4a undergoes an optical Fourier transformation. A wave illuminates the inverse filter 8a. The output of the filter -subit a Poudrier transformation with the result lens 10. Figure 3 shows a characteristic curve for a recording material used for the realization of inverse filters.

Pour les émulsions photographiques caractéristiques utilisées pour des buts-holographiques est utilisée la gamme linéaire et la capacité dynamique présente un facteur d'environ 4, alors que la capacité dynamique sur la ligne caractéristique logarithmique présente un facteur de 50.For the characteristic photographic emulsions used for holographic purposes the linear range is used and the dynamic capacitance has a factor of about 4, while the dynamic capacitance on the logarithmic characteristic line has a factor of 50.

Pour l'enregistrement holographique, 1'é- éclairage est alors (1) E = t r1 + 5 + 2a cos ç représentant l'éclairage d'onde de référence, a le rapport entre l'onde d'objet et l'onde i référence et # l'angle de phase contre l'onde d'objet et l'onde de référence. For the holographic recording, the illumination is then (1) E = t r1 + 5 + 2a cos ç representing the reference wave illumination, has the ratio between the object wave and the wave i reference and # the phase angle against the object wave and the reference wave.

Il est connue que la périodicité de l'angle e peut entre utilisée pour décrire la perméabilité d'amplitude de l'hologramme comme série de Fourier,

It is known that the periodicity of the angle e can be used to describe the amplitude permeability of the hologram as a Fourier series,

<tb> c'est-à-dire
<tb> (2) <SEP> T(E) <SEP> g <SEP> 0m <SEP> (ars <SEP> ) <SEP> eimQ
<tb> <SEP> m= <SEP> -co
<tb> cas <SEP> dans <SEP> lequel <SEP> 2tri
<tb> (3) <SEP> Cm <SEP> = <SEP> À <SEP> & <SEP> T(E) <SEP> e-im <SEP> dG
<tb> <SEP> o
<tb>
Du fait que la phase de référence contient une fréquence porteuse, chaque membre de cette série de
Fourier correspond à un ordre de diffraction de l'hologramme.Nous choisissons l'ordre de diffraction -1 comme ordre de filtrage, de sorte que la perméabilité de filtrage effective est donnée par

n représentant la phase d'onde d'objet. Pour une non linéarité logarithmique (5) T(E) = To = 0, rc, étant des constantes, il est possible de déduire une série de Fourier correspondante Cm selon laquelle à un hologramme éclairé une fois correspond un filtre inverse, Pour satisfaire à cette condition, il faut, dans ce cas, pendant l'éclairage de l'hologramme, utiliser une onde de référence, dont l'intensité est faible par rapport à celle de l'onde d'objet.Ce rapport entre l'onde de référence et l'onde d'objet est exactement inverse à la stuation pendait la réalisation d'hologrammes à l'aide de lumière cohérente, comme il est d'usage jusqu'à présent.<tb> that is to say
<tb> (2) <SEP> T (E) <SEP> g <SEP> 0m <SEP> (ars <SEP>) <SEP> eimQ
<tb><SEP> m = <SEP> -co
<tb> case <SEP> in <SEP> which <SEP> 2tri
<tb> (3) <SEP> Cm <SEP> = <SEP> TO <SEP>&<SEP> T (E) <SEP> e-im <SEP> dG
<tb><SEP> o
<Tb>
Since the reference phase contains a carrier frequency, each member of this series of
Fourier corresponds to a diffraction order of the hologram.We choose the diffraction order -1 as the filtering order, so that the effective filtering permeability is given by

n representing the object wave phase. For a logarithmic nonlinearity (5) T (E) = To = 0, where rc, being constants, it is possible to deduce a corresponding Fourier series Cm according to which a lighted hologram once corresponds to an inverse filter, To satisfy In this case, during the illumination of the hologram, it is necessary to use a reference wave, the intensity of which is small relative to that of the object wave. reference and the object wave is exactly opposite to the stuation hung the realization of holograms using coherent light, as it is customary until now.

Toutefois, lorsque l'hologramme est éclairé deux fois successivement, d'abord avec rapport usuel entre le rayon d'objet et le rayon de référence pour la réalisation d'hologrammes optimaux, et ensuite uniquement avec l'onde d'objet, l'éclairage total devient (6) E = ç 21 + (1+beat + 2a cos b étant une constante, qui est proportionnelle à l'éclairage ultérieur. However, when the hologram is illuminated twice successively, first with usual ratio between the object radius and the reference radius for the realization of optimal holograms, and then only with the object wave, the total illumination becomes (6) E = ç 21 + (1 + beat + 2a cos b being a constant, which is proportional to the subsequent illumination.

Dans les conditions où
a Z 1, (1+b) la fonction de filtrage devient

(onde d'objet) c' est-à-dire les ondes de référence r et b étant des constantes.In the conditions where
a Z 1, (1 + b) the filtering function becomes

(object wave) that is to say the reference waves r and b being constants.

(8) B = const. . 1 (onde d'objet)
u
Ainsi, loraqu'on éclaire les plaques holographiques deux fois successivement, une fois à l'aide d'un rayon de référence à intensité élevée, c' est-à-dire qu'un rapport usuel existe entre l'onde d'objet et l'onde de référence pour la réalisation d'hologrammes et en-suite une autre fois sans rayon de référence, l'éclairage d'objet étant intense comparativement à celui à l'aide d'un rayon de référence, on obtient également un filtre inverse.(8) B = const. . 1 (object wave)
u
Thus, when the holographic plates are illuminated twice successively, once with the aid of a high intensity reference beam, that is to say that a usual relationship exists between the object wave and the reference wave for the realization of holograms and en-suite another without reference ray, the illumination of object being intense compared to that with the aid of a reference ray, one also obtains a filter reverse.

il est également possible de réaliser un filtre à ltaide de lumière partiellement cohérente, ctest-i-dire le rayon de référence ne présentant spatialement qu'une cohérence partielle par rapport au rayon d'objet. Une telle cohérence partielle s'obtient également par introduction d'un disque en verre dépoli dans la marche des rayons de référence au lieu du diaphragme 6 de la figure 2. Lorsqu'on expose ensuite l'hologramme à de la lumière partiellement cohérente, le rayon de référence présentant une intensité élevée et le degré de cohérence étant faible, on obtient également un filtre inverse. it is also possible to produce a partially coherent light-aid filter, that is to say the reference ray exhibiting spatially only a partial coherence with respect to the object radius. Such partial coherence is also obtained by introducing a frosted glass disk into the reference beam path instead of the diaphragm 6 of FIG. 2. When the hologram is then exposed to partially coherent light, the As the reference radius has a high intensity and the degree of coherence is low, an inverse filter is also obtained.

Le dispositif représenté sur la figure 2 peut également être utilisé comme dispositif de décodage d'images de superposition d'un objet tridimensionnel (non représenté sur le dessin) obtenues à partir de plusieurs positions des sources de rayonnement suivant des perspectives différentes. Une image de superposition 4a constituée par plusieurs images perspectives superposées est alors formée entre les lentilles L1 et L2 et traversée par le faisceau parallèle PO L'hologramme de filtre 8a (filtre inverse) positionné dans le plan de Fourier de la lentille L2 sert respectivement au décodage de l'image de superposition 4a, et pour la représentation d'images à couche de l'objet lorsque l'hologramme de filtre est observé à travers la lentille 110 Dans l'hologramme de filtre 8a sont emmagasinées à cet effet les coordonnées de la répartition rigoureuse des positions de sources de rayonnement à échelle réduite. L'emmagasinage s'effectue à l'aide de l'arrangement représenté sur la figure 1, du fait que l'objet 4 est remplacé par une prise de vues des sources de rayonnement (voir brevet allemand nO 2.266.203o The device shown in FIG. 2 can also be used as a device for decoding superposition images of a three-dimensional object (not shown in the drawing) obtained from several positions of the radiation sources according to different perspectives. An overlay image 4a constituted by several superimposed perspective images is then formed between the lenses L1 and L2 and traversed by the parallel beam PO. The filter hologram 8a (inverse filter) positioned in the Fourier plane of the lens L2 serves respectively to decoding of the superposition image 4a, and for the representation of layered images of the object when the filter hologram is observed through the lens 110 In the filter hologram 8a are stored for this purpose the coordinates of the strict distribution of the positions of small scale radiation sources. The storage is effected by means of the arrangement shown in FIG. 1, since the object 4 is replaced by a photograph of the sources of radiation (see German Patent No. 2,266,203).

Claims

REYENDICAUIONS: 1. A method for producing inverse filters using holographic methods, characterized in that a recording material having a logarithmic characteristic curve is used for the filter hologram and, for illumination an intensity ratio differing from the unity between the reference wave and the object wave,

2. Method according to claim 1, characterized in that the filter is produced by holographic recording so that when using coherent radiation, the intensity of the reference wave is lower than that of the object wave.

3. Method according to claim 1, characterized in that the realization of the filter hologram is carried out by double lighting, that is to say firstly a lighting with very coherent light and a reference wave more intense compared to the object wave and then to a second illumination (posterior illumination) with only the object wave, the intensity of the latter then being greater than that of the illumination using of the reference wave.

4. Method according to claim 4, characterized in that the hologram can also be achieved using partially coherent light, the intensity of the reference beam being high and its degree of coherence low.

5. Method according to claim 4, characterized in that the low degree of coherence of the reference ray is obtained continuously by extension of the path relative to the object wave.

6. Method according to claim 4, characterized in that the reference wave is filtered by a diaphragm.

7. Method according to claim 4, characterized in that in the course of the rays of the reference wave is disposed a rotating frosted glass disc.

8. A filter hologram according to one of the claims to 7, characterized in that it consists of a single layer of a holographic recording material having a characteristic lo garithmic curve.

9. A device for decoding three-dimensional path superimposition images obtained from multiple positions of radiation sources at various perspectives using a device having a single radiation source for examining the overlay images. an optics for the representation of the superposition images in a representation plane where a hologram is arranged in which the coordinates of the radiation source positions are stored by means of a photographic image of the radiation sources, and a other optical representation arranged behind the hologram ee for observing the layered images of the object, characterized in that the tholologram is a filter hologram according to claim 8o