RU181750U1

RU181750U1 - Цифровое голографическое устройство

Info

Publication number: RU181750U1
Application number: RU2018100280U
Authority: RU
Inventors: Владимир Иванович Гужов; Сергей Петрович Ильиных
Priority date: 2018-01-09
Filing date: 2018-01-09
Publication date: 2018-07-26

Abstract

Полезная модель относится к контрольно-измерительной технике и может быть использована для определения геометрических параметров поверхностей конструкций и объектов. Заявленное цифровое голографическое устройство содержит излучающий лазер, голографический интерферометр, формирующий опорный и объектный лучи лазера, цифровую видеокамеру и компьютерную систему, управляющую вводом цифровых голограмм низкого разрешения, пространственным положением видеокамеры и синтезирующую цифровую голограмму высокого разрешения, управляющий выход которой соединен с входом управления видеокамеры, выход которой соединен с информационным входом компьютерной системы. Причем перед цифровой видеокамерой введена диафрагма. Технический результат - повышение качества цифровых голограмм высокого пространственного разрешения, получаемых предлагаемым цифровым голографическим устройством. 3 ил.

Description

Полезная модель относится к контрольно-измерительной технике и может быть использована для определения геометрических параметров поверхностей конструкций и объектов.

Известно цифровое голографическое устройство, используемое для получения цифровых голограмм [Журнал «Applied optics» №25, 2000 г., с. 4582-4588]. Макет содержит лазер, устройство фазового сдвига лазерного излучения, интерферометр с цифровой видеокамерой и два компьютера, один из которых управляет сдвигом фазы, а другой - регистрирует и обрабатывает цифровые голограммы.

Однако разрешающая способность получаемых цифровых голограмм, ограничена разрешающей способностью цифровой видеокамеры, что исключает ее применение для измерения геометрических параметров микрообъектов.

Известно цифровое голографическое устройство (прототип) [Журнал «Applied optics» 50(2), 2011 г., с. 4711-4719]. Устройство содержит лазер, голографический интерферометр, систему зеркал и подвижную в предметной плоскости цифровую видеокамеру. Всего регистрируется m×n цифровых голограмм с низким разрешением при различных положениях видеокамеры в предметной плоскости, где m - число увеличения разрешения по горизонтали, a n - число увеличения разрешения по вертикали, соответственно. Затем формируют элементы цифровой голограммы с высоким разрешением из набора цифровых голограмм с низким разрешением, решая систему линейных алгебраических уравнений вида Ах=В. Здесь А - матрица системы уравнений, х - синтезируемые элементы цифровой голограммы с низким разрешением, а В - элементы цифровой голограммы с низким разрешением.

Однако, получаемая при этом система алгебраических уравнений неопределенна, так как цифровые интерферограммы низкого разрешения содержат неопределенные элементы, которые получаются из-за захвата видеокамерой областей, не принадлежащих синтезируемой цифровой голограмме высокого разрешения. То есть число неизвестных (элементов цифровой голограммы высокого разрешения) получается больше общего числа известных (элементов регистрируемого набора цифровых голограмм низкого разрешения) и система уравнений имеет бесконечно большое количество решений. Поэтому для синтеза элементов цифровой голограммы, получаемых решением неопределенной системы уравнений, используются приближенные методы [Квант. Научно-популярный физико-математический журнал. - №4, 1992, с. 42-47]. Это приводит к снижению качества синтезируемой цифровой голограммы высокого разрешения и, соответственно, к снижению точности измерений геометрических параметров поверхностей конструкций и объектов.

Задачей (техническим результатом) полезной модели является повышение качества цифровых голограмм высокого пространственного разрешения получаемых предлагаемым цифровым голографическим устройством.

Поставленная задача решена за счет того, что в известном цифровом голографическом устройстве, содержащем излучающий лазер, голографический интерферометр, формирующий опорный и объектный лучи лазера, цифровую видеокамеру, компьютерную систему управляющую вводом цифровых голограмм низкого разрешения, пространственным положением видеокамеры и синтезирующую цифровую голограмму высокого разрешения, управляющий выход которой соединен с входом управления видеокамеры, выход которой соединен с информационным входом компьютерной системы, отличающаяся тем, что перед цифровой видеокамерой введена диафрагма.

Полезная модель иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 изображена схема предлагаемого цифрового голографического устройства, на фиг. 2 - взаимное расположение цифровой видеокамеры и диафрагмы. На фиг. 3 -система уравнений, согласно которой производится формирование цифровой голограммы с высоким разрешением из набора цифровых голограмм с низким разрешением.

Цифровое голографическое устройство содержит излучающий лазер 1, голографический интерферометр 2, формирующий опорный 3 и объектный 4 лучи лазера 1, диафрагму 5, цифровую видеокамеру 6, компьютерную систему управляющую вводом цифровых голограмм низкого разрешения, пространственным положением видеокамеры и синтезирующую цифровую голограмму высокого разрешения 7, объект 8.

Устройство работает следующим образом.

Опорный 3 и объектный 4 лучи лазера 1 поступают в голографический интерферометр 2 и после отражения от объекта 8 попадают в цифровую видеокамеру 6, которая считывает цифровую голограмму с низким разрешением при начальном положении видеокамеры 6 (фиг. 1). По окончании процесса считывания операция повторяется при других положениях диафрагмы 5. Для этого компьютерная система изменяет пространственное положение видеокамеры 6, подавая сигнал на управляющий вход блока управления положением видеокамеры 6, регистрирует новую цифровую голограмму с низким разрешением.

Всего регистрируется m×n цифровых голограмм с низким разрешением.

Порядок взаимного положения видеокамеры 6 и диафрагмы 5 при увеличении разрешения в горизонтальном направлении (m=4) и вертикальном направлении (n=3) для двухэлементной видеокамеры 6 показан на фиг. 2.

Затем формируют элементы цифровой голограммы с высоким разрешением, решая систему линейных алгебраических уравнений вида Ах=В. Вид расширенной матрицы системы линейных алгебраических уравнений А|В при указанных коэффициентах увеличения разрешения показан на фиг. 3. После выполнения указанных действий изменяют положение объекта, регистрируют другой набор цифровых голограмм с низким разрешением и формируют новую цифровую голограмму с высоким разрешением. Затем производят интерференционное сравнение изображений от двух синтезированных цифровых голограмм с высоким разрешением.

Введение перед цифровой камерой 6 диафрагмы 5 позволяет повысить качество синтезируемой цифровой голограммы с высоким разрешением из-за исключения захвата видеокамерой областей, не принадлежащих синтезируемой цифровой голограмме высокого разрешения. Для этого окно диафрагмы 5 выполняют таким образом, чтобы оно совпадало с окном фотоприемной матрицы видеокамеры 6 (верхний левый рисунок фиг. 2) в исходном положении. Расстояние между фото-приемной матрицей видеокамеры 6 и диафрагмой 5 должно быть значительно меньше величины смещения видеокамеры 6, между перемещениями для устранения искажений вызываемых параллаксом (не параллельностью плоскостей видеокамеры и объекта). В нашем случае это расстояние определяется размерами пиксела фото-матрицы. Так, например, матрица цифрового фотоаппарата Canon EOS 70D имеет размеры 22,5×15 мм или 5472×3648 пикселей. Тогда размер пиксела будет равен

d=1000×X/N,

где d - размер пикселя в микрометрах, X - линейный размер матрицы в миллиметрах по одной из сторон, N - количество пикселей по соответствующей стороне.

Подставляя исходные данные в формулу получим: d=1000×22,5÷5472≈4,1 мкм. Полученное значение расстояния между фотоматрицей видеокамеры 6 и диафрагмой 5 является технически реализуемым.

Таким образом, поставленная задача (технический результат) полезной модели достигается тем, что перед цифровой видеокамерой устанавливается диафрагма, которая отсекает области, не принадлежащие синтезируемому высокоразрешающему растру, при этом формируемая система уравнений, решением которой являются элементы цифровой голограммы высокого разрешения, получаемые предлагаемым устройством, является определенной и имеет единственное точное решение (фиг. 3). Это позволяет решить поставленную задачу - повышение качества цифровых голограмм высокого пространственного разрешения получаемых предлагаемым цифровым голографическим устройством.

Claims

Цифровое голографическое устройство содержит излучающий лазер, голографический интерферометр, формирующий опорный и объектный лучи лазера, цифровую видеокамеру, компьютерную систему, управляющую вводом цифровых голограмм низкого разрешения, пространственным положением видеокамеры и синтезирующую цифровую голограмму высокого разрешения, управляющий выход которой соединен с входом управления видеокамеры, выход которой соединен с информационным входом компьютерной системы, отличающееся тем, что перед цифровой видеокамерой введена диафрагма.