SU1056127A1 - Голографический способ вычитани изображений - Google Patents

Abstract

1. ГОЛОГРАФИЧЕСКИЙ СПОСОБ ВЫЧИТАНИЯ ИЗОБРАКЕНИЙ, включающий последовательную регистрацию в диффузно .рассе нном коге|эентном излучении на одну регистрирующую среду двуу. |)урье-голограмм сравниваемых объектов, введение фазового сдвига перед второй экспозицией, восстановление разностного изображени  и обратное Фурье-преобразование восстановленного пол , о. тличающ и и с   тем, что, с целью повышени  помехоустойчивости, необходимый фазовый сдвиг ввод т путем изменени  угла между предметной и опорной волнами , а восстановление осуществл ют пучком монохроматического излучени  i ограниченной апертуры в пределах области голограммы, соответствующей (Л минимуму интерференционной картины в paз ocтнoм изображении. ел О5 to

Description

2, Способ поп, 1,. отличаю и с   тем, что угол между опорной и предметной волнами измен ют на величину, соответствующую требуемой апертуре восстанавливающего пучка и определ емую формулой 1056127 где ( f4 ar.csin(7i/2A) , - изменение угла между опорной и предметной волнами; Л - длина волны; А - диаметр апертуры восстанавливающего пучка.

1

Изобретение относитс  к оптической обработке информации голографическими методами, в частности к методам вы влени  разницы между двум  изображени ми .объектов, имеющих одинаковые участки вы влени  изменений, происход щих с объектом или нарушений стр-уктуры его поверхности в промежутке времени между двум  экспозици ми (вычитание изображений).

Известен способ определени  разницы между двум  изображени ми, включающий последовательную регистрацию в диффузно-рассе нном когерентном излучении на одну регистрирующую среду двух изображений сравниваемых объектов , введение фазового сдвига перед второй экспозицией путем поперечного сдвига диффузора, восстановление разностного изображени  путем освещени  полученной фотопластинки параллельным пучком когерентного излучени , фильтрацию разностного изображени  посредством помещени  в фурье-плоскости оптической системы щели, совпадающей с темной полосой сформированной интерферограммы и формирование на экране разностного изображени tl

Однако применение операции фильтрации , осуществл емой в минимуме диффузно рассе нного интерференционного пол , приводит к формированию разностного изображени  с низким уровнем освещенности и, следовательно, с боль шой чувствительностью к помехам (низкой помехоустойчивостью).

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому  вл етс  голографический способ вычитани  изображений , включающий последовательную регистрацию в диффузно рассе нном когерентном излучении на одну регистрирующ ую среду двух фурье-голограмм сравниваемых объектов, введение фазового сдвига перед второй экспоЭицией , восстанбвление разностного изображени  и обратное фурье-преобразование восстанс вленного пол . Фазовый сдвиг вводилс  помещением в ка- нал опорного пучка полуволновой фазовой пластинки. Дл  точного получени  фазового сдвига величиной J в плоскость объекта помещают вспомогательный точечный источник и, наблюда  в плоскости регистрации за картиной интерференции между вспомогательной и опорной волнами, юстирукцт положение полуволновой фазовой пластинки. Затем убирают вспомогательный точечный источник, помещают на его место сравниваемый объект и производ т вторую экспозицию. При освещении голограммы широким восстанавлибающим пучком, волны, соответствующие одинаковым участкам сравниваемых объектов , приход т в плоскость изображени  а противофазе и поэтому гас тс , а волна, соответствующа  разнице между объектами, формирует разностное изображение Г2 3. ,

Однако известный способ вычитани  изображений обладает низкой помехоустойчивостью , что объ сн етс  практической невозможностью реализации получени  точного фазового сдвига по всей площади голограммы, а это приводит к по влению помех при формировании разностного изображени . Кроме того, необходимость применени  вспомогательного точечного источника и прецизионной юстировки полуволновой фазовой пластинки делает способ, сложным и технически ТРУДНО реализуемым. Целью изобретени   вл етс  повышение помехоустойчивости способа, а также его упрощение и увеличение уровн  освещенности разностного изображени .,

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в голографическом способе вымитани  изображений, включающем последовательную регистрацию в диффузно рассе нном когерентном излучении на одну регистрирующую среду двух фурьеголограмм сравниваемых объектов, вве дение фазового сдвига перед BTopov i экспозицией, восстановление разностного изображени  и обратное фурьепреобразование восстановленного пол  необходимый фазовый сдвиг ввод т путем изменени  -угла между предметной и опорной волнами, а восстановление осуществл ют пучком монохроматического излучени  ограниченной апертуры в пределах области голограммы, соответствующей минимуму интерференционной картины в разностном изображении

Кроме того, угол между опорной и предметной волнами измен ют на величину , соответствующую требуемой апертуре восстанавливающего пучка и определ емую формулой сЛЧ агс51п(.Д/2А)| где c/Vf- изменение угла между опорной и предметной волнами; Л - длина волны; А - диаметр апертуры восстанавливающего пучка.

Период полос d на интерферограмме , образующейс  в результате голографической регистрации двух волновых фронтов на двухкратно экспонированной голограмме, св зан с .изменением угла между опорной и предметной волнами между экспозици дми простым соотношением

. arcsln(A/d) , . где 3 - длина волны используемого

излучени .

Дл  зада,нной апертуры восстанавливающего пучка всегда можно определить необходимое изменение угла . Например , если дл  восстановлени  разностного изображени  используетс  ограниченна  апертура диаметром 0,25 см и период полос d, следовательно, долже быть пор дка 0,5, см то необходимое изменение угла между опорной и предметной волнами определ етс  из формулы (1), как 1,2 10 рад. что хорошо подтверждаетс  эксперименталь но.

При реализации предлагаемого голографического способа вычитани  изоб ражений может быть достигнута высока  помехоустойчивость, заключающа с  в том, что неточность изменени  угла между опорной и предметной волнами практически не сказываетс  на

результатах вычитани , и при необходимости легко компенсируетс  соответствующим изменением диаметра апертуры восстанавливающего пучка.

Интерференционные полосы, которые восстанавливаютс  в плоскости голограммы и соответствуют изменению yi- ла между опорной и предметной волнам между экспозици ми, нос т синусоидалный характер. Поэтому, разностное изображение восстанавливаетс  наиболее точно, если диаметр апертуры восстанавливающего пучка равен ширине темной полосы интерферограммы. Когда диаметр апертуры превосходит это значение , в восстановленном разностном изображении возникают помехи, представл ющие собой изображени  объектов , присутствовавших как при первой так и при второй экспозици х. Поэтому уменьшение диаметра апертуры вос.станавливающего пучка до О,Id (d период полос интерферограммы) позвол ет еще- снизить уровень помех в сравнении со случаем, когда апертура равн етс  0,5d .

Кроме того, данный способ не трубует прецизионной юстировки и тщательного контрол  параметров интерференционной картины, что делает его простым и технически легко реализуемым .

Голографический способ вычитани  изображений позвол ет достигнуть высокого уровн  освещенности разностного изображени , что обусловлено возможностью сосредоточени  всей энергии восстанавливающего пучка в пределах области голограммы, соответствующей минимуму интерференцион1 ной картины, т.е. применением неразведенного- лазерного пучка. Ослабление восстанавливающего пучка структурой голограммы можно свести к минимуму , выполн   голограмму фазовой (отбеленной). Все это также приводит к значительному превышению уровн  освещенности разностного изображени  над уровнем помех, а следовательно, к увеличению помехоустойчивости по сравнению с известным способом.

Чтобы аналитически продемонстрировать принцип голографического споi соба вычитани  изображений, запишем часть коэффициента пропускани  двукратно экспонированной фурье-голограммы , ответственную за формирование одного из сопр женных изображений ,(f|exp(2,-J75.).T,(). (l) где, пространственна  4acTof x-f - координата в плоскости голограммы; - длина волны используемого излучени ; f - фокусное рассто ние используемой оптическо системы; Т(/и T2(f/- фурье-образы первого и второго объектов с функци ми пропускани  (отражени ) t(x) и ) во входной плоскости соотретственно; X - координата во входной плоскости; f - угол между опорной и предметной волнами; - изменение этого угла пе ред второй экспозицией, Введем обозначение th(x) ) - t(x) , где tjjCx) соответствует разнице между объектами, тогда (2) можно записать в виде )T,(f)l«xp(.xp. (5brf)iofft4«s-7 f; p(2iirjjA,), U, где Tjj(|)- Фурье-образ функцииt( Осветим голограмму с пропускание ( З) восстанавливающей волной с ,еди:ничной амплитудой expf2ijr™-jp jj) и получим волну в плоскости голограм мы: . Ц)Т,()(). Tj,(f)exp(2iJ7 :) J Если центр восстанавливающего пучка в плоскости,голограммы приходитс  на координату 5j, (2n+l)s1n((n 0,41 ,...), то выражение в квадратных скобках в (3) обращаетс  в ноль, и в плоскости голограммы вое ,станавливаетс  волновое поле U(f) « Т(), (52 которое после обратного фурье-пребёразовани  соответствует разностному изображению в плоскости х и(х) tj(x) На фиг. 1 изображено устройство дл  регистрации двухкратно экспонированных фурье-голограмм в соответствии с предлагаемым способом; на фиг, 2 - устройство дл  восстановлени  разностного изображени . Устройство дл  регистрации (фиг,1) содержит источник 1 света (лазер ЛГ-38), затвор 2, телескопическую систему 3, полупроизрачное зеркало k и глухое зеркало 5, установленное на , поворотном устройстве с угломерным отсчетом, диффузор 6, объект (транспарант ) 7, оптическую систему 8 (объектив Гелиос-40) и регистрирующую среду 9 (высокоразрешающие фотопластинки ЛОИ-2-бЗО), Устройство дл  восстановлени  (фиг, 2).содержит источник 10 света лазер ЛГ-72, ограничивающа  апертура (ирисова  диафрагма) 11, двукратно экспонированна  фурье-голограмма 12, оптическа  система 13 (объектив Индустар-51 ) и экран }k, Устройство работает следующим образом . Пучок света от источника 1 расшир етс  телескопической системой 3 и падает на полупрозрачное зеркало , Отраженный пучок попадает на зеркало 5 и направл етс  на регистрирующую 9 (опорный пучок). Прошедший через зеркало А свет., освещает через диффузор 6 объект 7 и оптическа  система 8 формирует в ПЛОСКОСТИ регистрирующей среды 9 фурье-образ объектного пол . С помощью затвора 2 провод т первую экспозицию. Затем объект 7 замен етс  на вычитаемый, имеющий одинаковые с ним участки. После этого осуществл ют поворот зеркала .5 на величину, котора  приводит к образованию полос с периодом, соответствующим удвоенному диаметру апертуры диафрагмы It. Эта величина определ етс  из формулы (1). После проведени  второй экспозиции с помощью затвора 2 производ т фотохимическую обработку фотопластинки, включающую йтбеливание . Затем фурье-голограмму 12 освещают источником 10 света, пучок, которого ограничивают диафрагмой 11 причем центр освещающего пучка на голограмме совмещаетс  с областью, соответствующей локализации центра темной полосы интерференционной кар . тины. Оптическа  система 13 осуществл ет обратное фурье-преобразование восстановленного пол  и строит разностиое изображение на экране Т.

- . 5

Использование предлагаемого голографического способа вычитани  изображений обеспечивает по сравнению с известным более высокие помехоустойчивость и уровень  ркости разностногоО изображени  за счет введени  фазового сдвига путем изменени  угла между опорной и предметной волнами на этапе регистрации и осуществлени  восстав

новлёни  пучком монохроматического излучени  ограниченной апертуры в пределах минимума интерференционной картины. Это позвол ет говорить о возросшей эффективности го ографического способа вычитани  изображени  по сравнению с известным. Кроме того, возможность использовани  восстанавливающего пучка ограниченной апертуры (неразведенного лазерного пучка) приводит к повышению уровн  освещенности- разностного изображени , что говорит о существенных энергетических преимуществах предлагаемого способа.

Claims (2)

1. ГОЛОГРАФИЧЕСКИЙ СПОСОБ ВЫЧИТАНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЙ, включающий последовательную регистрацию в диффузно .рассеянном когерентном излучении на одну регистрирующую среду дву^ фурье-голограмм сравниваемых объектов, введение фазового сдвига перед второй экспозицией, восстановление разностного изображения и обратное фурье-преобразование восстановленного поля, отличающийся тем, что, с целью повышения помехоустойчивости, необходимый фазовый сдвиг вводят путем изменения угла между предметной и опорной вол- нами, а восстановление осуществляют пучком монохроматического излучения ограниченной апертуры в пределах об- § ласти голограммы, соответствующей минимуму интерференционной картины в раз/чостном изображении.

SU „,.1056127

2. Способ по п. 1,. отличающ* и й с я тем, что угол между опорной и предметной волнами изменяют на величину, соответствующую требуемой апертуре восстанавливающего пучка и определяемую формулой сГЧ = ar.csin(7i/2A) , гдесГ¹?- изменение угла между опорной и предметной волнами;

Λ - длина волны;

А - диаметр апертуры восстанавливающего пучка.