SU438971A1 - Способ записи и воспроизведени пространственных изображений - Google Patents

Description

1

Изобретение относитс  к голографии, стереографии и т. п., может найти широкое применение в системах управлени  космическими объектами, в космическом телевидении, фотографии , в объемной рентгеноскопии и т. д.

При известных способах фотографировани  добиваютс  наилучшей фокусировки изображений на фотопластинках. Эти способы могут быть классифицированы как способы поточечной передачи изображений. При этом качество записи изображени  определ етс  фокусировкой изображени  и разрешаюихей способностью оптической системы и фотоматериалов. Недостатком этих способов  вл етс  невысока  помехоустойчивость и отсутствие простых методов записи и воспроизведени  объемных изображений.

Известны стереоскопические способы записи и воспроизведени  объемных изображений в кино и телевидении. Однако этнм способам присущи низкие помехоустойчивость и падежность . Кроме того, они требуют независимой записи и передачи нескольких ракурсов изображений , что св зано с усложнением устройств стереоскопической записи и передачи изображений.

Известны голографические способы записи и воспроизведени  пространственных изображений , отличаюш,иес  высокой надежностью и помехоустойчивостью. Однако, голографические способы требуют применени  когерентных источников света, специальных методов формировани  голограмм с использованием опорного пучка когерентного света, а также особомелкозернистых фотоматериалов.

Известен способ записи и воспроизведени  пространственных изображений, заключающийс  в регистрации, например, на фотопластинке интерференционной картины при наложении опорного и сигнального (отраженного от объекта) излучений лазера и последующим освещением про вленной фотопластинки тем же лазерным опорным пучком). Использование последнего способа св зано

с применением источников когерентного света,

например лазеров, а также сейсмоустойчивых оптических систем линз, зеркал,

и т. п.

Цель изобретени  - разработка надежного

и помехоустойчивого способа записи и воспроизведени  пространственных изображений (как при голографировании) с использованием некогерентного света. Предлагаемый способ отличаетс  тем, что

изображение объекта, на который направлен источник немонохроматического света, с помощью одной или нескольких кодирующих апертурных масок расфокусируют в плоскости записи и регистрируют на фотопленке, а при

воспроизведении на диапозитив полученного

изображени  направл ют днффузный немонохроматический свет и через одну или несколько раскодирующих анертурных масок изображение расфокусируют в выходной области, занолненной рассеивающей средой, где восстанавливаетс  изображение исходного объекта.

Таким образом, при записи происходит первое , пр мое, преобразование исходного изображени  в промежуточное (перва  расфокусировка ), а при восстановлении - второе, обратное , преобразование (втора  расфокусировка ) промежуточного изображени . Под расфокусировкой подразумеваетс  любой способ распределени  информации о точечных элементах исходного или промежуточного изображени  на область пространства.

Расфокусировку выполн ют таким образом, чтобы информаци  о каждом точечном элементе изображени  была распределена на значительную область. При записи расфокусировка происходит в плоскости регистрирующей фотопленки, при воспроизведении плоское промел уточное изображение расфокусируетс  в области пространства, в которой восстанавливаетс  изображение.

Из теории систем и преобразований в оптике известно, что расфокусировка оптических изображений описываетс  интегральным преобразованием вида

g(x, у, г) Уу f(Xa, г/о, z,)h(x, у, z, х, г/,, 2,)Х X dXtdy dz,(1)

где g(x,y,z)-расфокусированное изображение в выходной области системы;

f(xo, УО, 2о) - исходное изображение, подвергающеес  расфокусировке;

h(x, у, Z, Хо, УО, ZQ) - функци  вли ни , описывающа  закон расфокусировки точечных элементов исходного изображени .

В общем случае оптическа  расфокусировка изображени   вл етс  существенно неоднородным преобразователем. Это делает практически невозможным точное аналитическое исследование оптической системы даже дл  простейших входных изображений.

Дл  иллюстрации предлагаемого способа ограничимс  параксиальной областью оптической системы, в которой преобразование изображений можно считать практически однородным . В этом случае преобразование входного изображени  в выходное может быть записано в виде свертки

g(x, у, Z) - f(x, г/, z) h(x, у, z), (2)

где hi(x,y,z)- дро первого (пр мого) преобразовани .

Сигнал на выходе системы g(x,y,z) можно подвергнуть повторной расфокусировке. Это

преобразование также может быть записано в виде свертки

р (X, у, г) g(x, у, г,) h.,(x, у, z) 1(3)

где hz(x,y,z) - дро второго преобразовани ; (f(x,y,x) -сигнал на выходе системы после двух последовательпых преобразований входного сигнала .

Учитыва  соотношение (2), запишем выражение (3) в другой форме:

f(x, у, z) f(x, t/, z) hiX .Х(л , у, 2) ti.,(x, у, z).(4)

Если свертка  дер первого и второго преобразований обладает свойством

(x, у, z) « h.(x, у, z) Цх, г/, 2), (5) то после двойного преобразовани  получим: f(x, у, z) f(x, I/, z) Ь(х, у, z) -

l(x, у, z),(6)

т. e. в результате двух последовательных расфокусировок входного изображени  получим исходное изображение. Свойством (5) обладают перегул рно-периодические («оригинальные, шумоподобные) функции, которые содержа;т достаточно высоKiie пространственные частоты. Существует класс интегральных  дер h(x,y,z), которые обладают таким свойством:

hi(x, у, Z) . h(x, у, z) k(x, у, z), (7)

т. е. в нр мом и обратном преобразовани х участвует одно и то же  дро. Интегральные

 дра, обладающие таким свойством, называютс   драми Фурье.

Таким образом, дл  надежной и помехоустойчивой записи и воспроизведени  плоских и объемпых изображений законы расфокусировки должны удовлетвор ть двум требовани м:

1)Информаци  о каждом точечном элементе расфокусируемого изображени  должна быть распределена на значительную область.

2)Свертка  дер первого и второго преобразований должна удовлетвор ть условию (5).

Предлагаемый способ записи и воспроизведени  изображений может быть реализован с помощью различных устройств.

Каждую точку исходного объекта, на который направлен диффузный немонохроматический свет (либо самосвет щегос  объекта), с помощью одной или нескольких апертурных лмасок расфокусируют в плоскости записи.

При этом кажда  точка исходного объекта в плоскости регистрации образует центральную проекцию апертурных масок. Полученное плоское изображение исходного пространственного объекта в плоскости записи регистрируют па фотопластинке.

Изображение исходного объекта воспроизводитс  с диапозитива изображени , полученного в плоскости записи.

точку диапозитива, на которую направлен диффузный немонохроматический свет, с помощью раскодирующих апертурных масок расфокусируют на область рассеивающей среды. В этой области восстанавливаетс  изображение исходного пространственного объекта.

Предлагаемый способ позвол ет записывать и восстанавливать информацию об объеме исходного объекта. Это объ сн етс  тем, что масщтаб , положение и форма центральных проекций в нлоскостн записи точек исходного объекта завис т от их расположени  в пространстве по отношению к апертурным маскам. При этом рассто ние от апертурных масок до плоскости записи предполагаетс  неизменным. Таким образом, в изображении каждой точки объекта в нлоскости записи содержитс  информаци  о расположении точек исходного объекта в пространстве.

Аиертурные маски, реализующие  дра пр мого и обратного преобразований, hi(x,y,z) и h2(x,y,z) соответственно, должны быть одинаковы . Они нредставл ют собой совокунность отверстий малого диаметра. Расположение отверстий должно удовлетвор ть условию (5): автокоррел ци  функции, описывающей апертурные маски, должна давать функцию с достаточно острым максимумом, с помощью которой можно аппроксимировать S - функцию.

Предлагаемый способ записи и воспроизведени  пространственных изображений не требует источников когерентного света (лазеров) и в то же врем  обладает всеми положительными свойствами голографировани . В частности , можно восстановить исходное изображение без искажений при значительных дефектах диапозитива или части диапозитива.

Предмет изобретени 

Способ записи и воспроизведени  пространственных изо.бражений путем распределенного кодировани  сигнала с помощью оптических систем, отличающийс  тем, что, с целью обеспечени  записи и воспроизведени 

в некогерентном свете, изображение объекта, на который направлен источник немонохроматического света, при записи с помощью одной или нескольких кодирующих апертурных масок расфокусируют в плоскости записи и регистрируют на фотопленке, а при воспроизведении на диапозитив полученного изображени  нанравл ют диффузный немонохроматический свет и через одну или несколько раскодирующих апертурных масок расфокусируют изображение в выходной области, заполненной рассеивающей средой, где восстанавливаетс  изображение исходного объекта.