RU1720406C

RU1720406C - Method for generation of picture of object placed behind optically inhomogeneous medium

Info

Publication number: RU1720406C
Authority: RU
Inventors: Г.С. Сафронов
Original assignee: Сафронов Григорий Степанович
Priority date: 1989-11-20
Filing date: 1989-11-20
Publication date: 1994-07-30

Abstract

FIELD: optical location. SUBSTANCE: method involves illumination of object by coherent light beams. Signals reflected form object are received by telescope. Received signal is split into information and reference signals. Telescope is pointed at optically inhomogeneous medium, recording plates are placed in focal plane. Information signal which is split into two beams and reference signal which is split into two beams are directed to recording plates. Two holograms are produced by directing reference beams to recording plates at different angles. One hologram is converted to phase hologram which is used as holographic filter, it is superimposed on another hologram and picture of object is recovered. EFFECT: increased quality of picture which is independent on position of located objects. 2 dwg

Description

Изобретение относится к способам получения изображений объектов, расположенных за оптически неоднородной средой, примыкающей к локатору, и может быть использовано в оптической локации таких удаленных объектов, как космические аппараты и астрономические объекты. The invention relates to methods for obtaining images of objects located behind an optically inhomogeneous medium adjacent to the locator, and can be used in the optical location of such distant objects as spacecraft and astronomical objects.

Известен способ получения изображений объекта, в котором для исключения фазовых искажений с помощью вспомогательного сдвигового интерферометра измеряют в реальном времени относительные фазовые разности волнового фронта изображений и используют их для устранения фазовых искажений. A known method of obtaining images of an object in which to eliminate phase distortion using an auxiliary shear interferometer measure the relative phase differences of the wavefront of images in real time and use them to eliminate phase distortion.

Известен способ получения изображений объектов, расположенных за оптически неоднородной средой, включающий облучение объектов когерентным излучением, прием отраженного от объекта сигнала, разделение его на два, один из которых используют в качестве опорного, а другой информационный, формирование голограммы объекта и последующее восстановление по ней изображения. A known method of obtaining images of objects located behind an optically inhomogeneous medium, including irradiating objects with coherent radiation, receiving a signal reflected from the object, dividing it into two, one of which is used as a reference and the other information, forming a hologram of the object and subsequent restoration of the image from it .

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ получения изображений объектов, расположенных за оптически неоднородной средой, заключающийся в облучении объекта когерентным излучением, формировании информационного излучения, выделении из него опорного излучения, записи двух голограмм при различных ориентациях опорного и информационного пучков в течение интервала времени, по крайней мере на порядок превышающего интервал корреляции фазовых изменений в турбулентной среде, получении изображения путем облучения одновременно двух голограмм одним восстанавливающим пучком. The closest in technical essence and the achieved result is a method of obtaining images of objects located behind an optically inhomogeneous medium, which consists in irradiating an object with coherent radiation, generating information radiation, extracting reference radiation from it, recording two holograms at different orientations of the reference and information beams during the interval time, at least an order of magnitude greater than the correlation interval of phase changes in a turbulent medium, image acquisition by irradiating simultaneously two holograms with one recovery beam.

Недостатком этого способа является то, что получаемое изображение объекта недостаточно высокого качества, так как при реализации этого способа в основном компенсируются только низкочастотные составляющие фазовых задержек, обусловленных турбулентной атмосферой, в результате чего восстановленное изображение оказывается искаженным высокочастотными составляющими фазовых задержек сигнала в турбулентной атмосфере. The disadvantage of this method is that the resulting image of the object is not of high enough quality, since when implementing this method, only the low-frequency components of the phase delays due to the turbulent atmosphere are mainly compensated, as a result of which the reconstructed image is distorted by the high-frequency components of the signal phase delays in the turbulent atmosphere.

Целью изобретения является повышение качества получаемого изображения при инвариантности к положению объекта. The aim of the invention is to improve the quality of the image with invariance to the position of the object.

Способ осуществляется следующим образом. Объект облучают когерентным излучением, формируют информационное излучение, выделяя из него опорное излучение. Информационный и опорный пучки делят на два пучка, соответствующие пары которых направляют на регистрирующие среды, расположенные в плоскости фокусировки неоднородной среды под разными углами. Записывают голограммы сфокусированных изображений неоднородной среды и расфокусированных изображений объекта в один промежуток времени, одну из голограмм преобразуют в фазовую, совмещают голограммы и облучают их восстанавливающим пучком. The method is as follows. The object is irradiated with coherent radiation, information radiation is formed, releasing reference radiation from it. The information and reference beams are divided into two beams, the corresponding pairs of which are directed to recording media located in the focusing plane of the inhomogeneous medium at different angles. Holograms of focused images of a heterogeneous medium and defocused images of an object are recorded in one time interval, one of the holograms is converted into phase, the holograms are combined and irradiated with a restoring beam.

На фиг.1 приведена схема устройства формирования голограмм; на фиг.2 - схема блока восстановления и фильтрации изображений. Figure 1 shows a diagram of a device for forming holograms; figure 2 - block diagram of the restoration and filtering of images.

Устройство формирования голограмм состоит из источника когерентного излучения 1, телескопа 2, полупрозрачных зеркал 3, 9 и 10, блока 4 формирования опорных колебаний, который включает в себя линзу 5, фильтр 6 пространственных частот (диафрагму) и квантово-механический усилитель 7, зеркал 8, 11 и 12, регистрирующих сред 13 и 14 для фиксации голограмм. The hologram forming device consists of a coherent radiation source 1, a telescope 2, translucent mirrors 3, 9 and 10, a reference oscillation generating unit 4, which includes a lens 5, a spatial frequency filter 6 (aperture) and a quantum-mechanical amplifier 7, mirrors 8 11 and 12, recording media 13 and 14 for fixing holograms.

Блок 15 восстановления и фильтрации изображений состоит из лазера 16, голограммы 17, голографического фильтра 18, линзы 19, регистрирующей среды 20 для фиксации действительного изображения, восстановленного по голограмме. The image recovery and filtering unit 15 consists of a laser 16, a hologram 17, a holographic filter 18, a lens 19, a recording medium 20 for fixing a valid image reconstructed from the hologram.

Устройство работает следующим образом. Источником 1 когерентного излучения облучают объект. Сигналы, отраженные от объекта, проходят через оптически неоднородную среду, расположенную вблизи телескопа 2, и поступают на его вход. Принятые сигналы с выхода телескопа 2 подают на полупрозрачное зеркало 3, в котором производится деление принятого сигнала. Большая доля энергии сигналов, являющейся информативной частью, направляется на полупрозрачное зеркало 9 и зеркало 11. Меньшую часть энергии сигналов, отраженных от полупрозрачного зеркала 3, направляют в блок 4 формирования опорных колебаний на линзу 5. Сигналы с выхода линзы 5 направляют на фильтр 6 пространственных частот (диафрагму). В фильтре 6 производят фильтрацию высокочастотной составляющей пространственных частот сигнала, отраженного от объекта, и направляют для усиления в квантово-механический усилитель 7. Опорные колебания с выхода квантово-механического усилителя 7 поступают через зеркало 8 на полупрозрачное зеркало 10 и зеркало 12. Информационную составляющую с выхода полупрозрачного зеркала 9 и опорные колебания, отраженные полупрозрачным зеркалом 10, направляют на регистрирующую среду 13 для формирования одной из голограмм. Информационную составляющую, отраженную от зеркала 11, и опорные колебания, отраженные от зеркала 12, направляют на регистрирующую среду 14 и регистрируют вторую голограмму. Регистрирующие среды 13 и 14 расположены в плоскости фокусировки изображения неоднородной среды. При формировании голограмм опорные колебания, подаваемые на регистрирующие среды 13 и 14, направляют под разными углами. The device operates as follows. A coherent radiation source 1 irradiates an object. The signals reflected from the object pass through an optically inhomogeneous medium located near the telescope 2, and arrive at its input. The received signals from the output of the telescope 2 are fed to a translucent mirror 3, in which the division of the received signal is performed. A large proportion of the energy of the signals, which is an informative part, is directed to the translucent mirror 9 and mirror 11. A smaller part of the energy of the signals reflected from the translucent mirror 3 is sent to the reference oscillation generating unit 4 to the lens 5. The signals from the output of the lens 5 are directed to the spatial filter 6 frequencies (aperture). In the filter 6, the high-frequency component of the spatial frequencies of the signal reflected from the object is filtered and sent for amplification to the quantum-mechanical amplifier 7. The reference vibrations from the output of the quantum-mechanical amplifier 7 are transmitted through the mirror 8 to the translucent mirror 10 and mirror 12. The information component the output of the translucent mirror 9 and the reference vibrations reflected by the translucent mirror 10 are sent to a recording medium 13 to form one of the holograms. The information component reflected from the mirror 11 and the reference vibrations reflected from the mirror 12 are sent to the recording medium 14 and a second hologram is recorded. The recording media 13 and 14 are located in the focusing plane of the image of the inhomogeneous medium. In the formation of holograms, reference vibrations supplied to the recording media 13 and 14 are directed at different angles.

Одну из сформированных голограмм отбеливают, тем самым производя преобразование амплитудной голограммы в фазовую голограмму. В блоке 15 восстановления изображений на амплитудную голограмму 17 накладывают фазовую голограмму 18 и облучают когерентным светом лазера 16. Диафрагированный на пакете голограмм 17 и 18 свет фокусируют с помощью линзы 19 и в плоскости экрана 20 наблюдают восстановленное изображение объекта. В результате наложения на голограмму 17 фазовой голограммы 18 при облучении их лазером 16 происходит фильтрация восстановленного изображения, в результате которой отфильтровываются фазовые искажения, обусловленные оптически неоднородной средой, расположенной на пути распространения сигнала, отраженного от объекта, к телескопу, и фокусируется изображение объекта. One of the formed holograms is bleached, thereby converting the amplitude hologram into a phase hologram. In the image recovery unit 15, a phase hologram 18 is applied to the amplitude hologram 17 and irradiated with coherent laser light 16. The light diaphragmed on the package of holograms 17 and 18 is focused using the lens 19 and the reconstructed image of the object is observed in the plane of the screen 20. As a result of applying a phase hologram 18 to the hologram 17 when irradiated with laser 16, the reconstructed image is filtered, resulting in filtering out phase distortions caused by an optically inhomogeneous medium located on the propagation path of the signal reflected from the object to the telescope, and the image of the object is focused.

Преимуществом предлагаемого способа по сравнению с прототипом является то, что при его реализации в восстановленном изображении компенсируются не только низкочастотные составляющие фазовых задержек, но и высокочастотные составляющие, обусловленные турбулентной атмосферой. Возможность компенсации как низкочастотных, так и высокочастотных составляющих фазовых задержек сигнала, прошедшего через оптически неоднородную среду, приводит к повышению качества изображения, восстанавливаемого по голограмме. The advantage of the proposed method compared to the prototype is that when it is implemented in the reconstructed image, not only the low-frequency components of the phase delays are compensated, but also the high-frequency components due to the turbulent atmosphere. The possibility of compensating both the low-frequency and high-frequency components of the phase delays of the signal transmitted through an optically inhomogeneous medium leads to an increase in the quality of the image reconstructed from the hologram.

Claims

A METHOD FOR OBJECT IMAGE LOCATION LOCATED FOR AN OPTICALLY HETEROGENEOUS MEDIA, which consists in irradiating an object with coherent radiation, generating information radiation, extracting reference radiation from it, recording two holograms for different orientations of the reference and information beams, and obtaining an image by irradiating two holograms with one reconstructing one hologram characterized in that, in order to increase the quality of the resulting image with invariance to the position of the object, information and the reference beams are divided into two beams, the corresponding pairs of which are directed to recording media located in the focusing plane of the inhomogeneous medium at different angles, holograms of focused images of the inhomogeneous medium and defocused images of the object are recorded in one time interval, one of which is converted into a phase hologram, combine they are irradiated with a recovery beam.