Голографический способ вычитания изображений Советский патент 1983 года по МПК G03H1/16 

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

1. ГОЛОГРАФИЧЕСКИЙ СПОСОБ ВЫЧИТАНИЯ ИЗОБРАКЕНИЙ, включающий последовательную регистрацию в диффузно .рассеянном коге|эентном излучении на одну регистрирующую среду двуу. |)урье-голограмм сравниваемых объектов, введение фазового сдвига перед второй экспозицией, восстановление разностного изображения и обратное Фурье-преобразование восстановленного поля, о. тличающ и и с я тем, что, с целью повышения помехоустойчивости, необходимый фазовый сдвиг вводят путем изменения угла между предметной и опорной волнами, а восстановление осуществляют пучком монохроматического излучения i ограниченной апертуры в пределах области голограммы, соответствующей (Л минимуму интерференционной картины в paз ocтнoм изображении. ел О5 to

1

Изобретение относится к оптической обработке информации голографическими методами, в частности к методам выявления разницы между двумя изображениями .объектов, имеющих одинаковые участки выявления изменений, происходящих с объектом или нарушений стр-уктуры его поверхности в промежутке времени между двумя экспозициями (вычитание изображений).

Известен способ определения разницы между двумя изображениями, включающий последовательную регистрацию в диффузно-рассеянном когерентном излучении на одну регистрирующую среду двух изображений сравниваемых объектов, введение фазового сдвига перед второй экспозицией путем поперечного сдвига диффузора, восстановление разностного изображения путем освещения полученной фотопластинки параллельным пучком когерентного излучения, фильтрацию разностного изображения посредством помещения в фурье-плоскости оптической системы щели, совпадающей с темной полосой сформированной интерферограммы и формирование на экране разностного изображенияtl

Однако применение операции фильтрации, осуществляемой в минимуме диффузно рассеянного интерференционного поля, приводит к формированию разностного изображения с низким уровнем освещенности и, следовательно, с боль шой чувствительностью к помехам (низкой помехоустойчивостью).

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является голографический способ вычитания изображений, включающий последовательную регистрацию в диффузно рассеянном когерентном излучении на одну регистрирующ ую среду двух фурье-голограмм сравниваемых объектов, введение фазового сдвига перед второй экспоЭицией, восстанбвление разностного изображения и обратное фурье-преобразование восстанс вленного поля. Фазовый сдвиг вводился помещением в ка- нал опорного пучка полуволновой фазовой пластинки. Для точного получения фазового сдвига величиной J в плоскость объекта помещают вспомогательный точечный источник и, наблюдая 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 производят вторую экспозицию. При освещении голограммы широким восстанавлибающим пучком, волны, соответствующие одинаковым участкам сравниваемых объектов, приходят в плоскость изображения а противофазе и поэтому гасятся, а волна, соответствующая разнице между объектами, формирует разностное изображение Г2 3. ,

Однако известный способ вычитания изображений обладает низкой помехоустойчивостью, что объясняется практической невозможностью реализации получения точного фазового сдвига по всей площади голограммы, а это приводит к появлению помех при формировании разностного изображения. Кроме того, необходимость применения вспомогательного точечного источника и прецизионной юстировки полуволновой фазовой пластинки делает способ, сложным и технически ТРУДНО реализуемым. Целью изобретения является повышение помехоустойчивости способа, а также его упрощение и увеличение уровня освещенности разностного изображения.,

Поставленная цель достигается тем, что в голографическом способе вымитания изображений, включающем последовательную регистрацию в диффузно рассеянном когерентном излучении на одну регистрирующую среду двух фурьеголограмм сравниваемых объектов, вве дение фазового сдвига перед BTopov i экспозицией, восстановление разностного изображения и обратное фурьепреобразование восстановленного поля необходимый фазовый сдвиг вводят путем изменения -угла между предметной и опорной волнами, а восстановление осуществляют пучком монохроматического излучения ограниченной апертуры в пределах области голограммы, соответствующей минимуму интерференционной картины в разностном изображении

Кроме того, угол между опорной и предметной волнами изменяют на величину, соответствующую требуемой апертуре восстанавливающего пучка и определяемую 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, образующейся в результате голографической регистрации двух волновых фронтов на двухкратно экспонированной голограмме, связан с .изменением угла между опорной и предметной волнами между экспозициядми простым соотношением

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

излучения.

Для зада,нной апертуры восстанавливающего пучка всегда можно определить необходимое изменение угла . Например, если для восстановления разностного изображения используется ограниченная апертура диаметром 0,25 см и период полос d, следовательно, долже быть порядка 0,5, см то необходимое изменение угла между опорной и предметной волнами определяется из формулы (1), как 1,2 10 рад. что хорошо подтверждается эксперименталь но.

При реализации предлагаемого голографического способа вычитания изоб ражений может быть достигнута высокая помехоустойчивость, заключающаяся в том, что неточность изменения угла между опорной и предметной волнами практически не сказывается на

результатах вычитания, и при необходимости легко компенсируется соответствующим изменением диаметра апертуры восстанавливающего пучка.

Интерференционные полосы, которые восстанавливаются в плоскости голограммы и соответствуют изменению yi- ла между опорной и предметной волнам между экспозициями, носят синусоидалный характер. Поэтому, разностное изображение восстанавливается наиболее точно, если диаметр апертуры восстанавливающего пучка равен ширине темной полосы интерферограммы. Когда диаметр апертуры превосходит это значение, в восстановленном разностном изображении возникают помехи, представляющие собой изображения объектов, присутствовавших как при первой так и при второй экспозициях. Поэтому уменьшение диаметра апертуры вос.станавливающего пучка до О,Id (d период полос интерферограммы) позволяет еще- снизить уровень помех в сравнении со случаем, когда апертура равняется 0,5d .

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

Голографический способ вычитания изображений позволяет достигнуть высокого уровня освещенности разностного изображения, что обусловлено возможностью сосредоточения 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, выполняя голограмму фазовой (отбеленной). Все это также приводит к значительному превышению уровня освещенности разностного изображения над уровнем помех, а следовательно, к увеличению помехоустойчивости по сравнению с известным способом.

Чтобы аналитически продемонстрировать принцип голографического споi соба вычитания изображений, запишем часть коэффициента пропускания двукратно экспонированной фурье-голограммы, ответственную за формирование одного из сопряженных изображений ,(f|exp(2,-J75.).T,(). (l) где, пространственная 4acTof x-f - координата в плоскости голограммы; - длина волны используемого излучения; f - фокусное расстояние используемой оптическо системы; Т(/и T2(f/- фурье-образы первого и второго объектов с функциями пропускания (отражения) 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 приходится на координату 5j, (2n+l)s1n((n 0,41 ,...), то выражение в квадратных скобках в (3) обращается в ноль, и в плоскости голограммы вое,станавливается волновое поле U(f) « Т(), (52 которое после обратного фурье-пребёразования соответствует разностному изображению в плоскости х и(х) tj(x) На фиг. 1 изображено устройство для регистрации двухкратно экспонированных фурье-голограмм в соответствии с предлагаемым способом; на фиг, 2 - устройство для восстановления разностного изображения. Устройство для 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 для восстановления (фиг, 2).содержит источник 10 света лазер ЛГ-72, ограничивающая апертура (ирисовая диафрагма) 11, двукратно экспонированная фурье-голограмма 12, оптическая система 13 (объектив Индустар-51) и экран }k, Устройство работает следующим образом. Пучок света от источника 1 расширяется телескопической системой 3 и падает на полупрозрачное зеркало , Отраженный пучок попадает на зеркало 5 и направляется на регистрирующую 9 (опорный пучок). Прошедший через зеркало А свет., освещает через диффузор 6 объект 7 и оптическая система 8 формирует в ПЛОСКОСТИ регистрирующей среды 9 фурье-образ объектного поля. С помощью затвора 2 проводят первую экспозицию. Затем объект 7 заменяется на вычитаемый, имеющий одинаковые с ним участки. После этого осуществляют поворот зеркала .5 на величину, которая приводит к образованию полос с периодом, соответствующим удвоенному диаметру апертуры диафрагмы It. Эта величина определяется из формулы (1). После проведения второй экспозиции с помощью затвора 2 производят фотохимическую обработку фотопластинки, включающую йтбеливание. Затем фурье-голограмму 12 освещают источником 10 света, пучок, которого ограничивают диафрагмой 11 причем центр освещающего пучка на голограмме совмещается с областью, соответствующей локализации центра темной полосы интерференционной кар. тины. Оптическая система 13 осуществляет обратное фурье-преобразование восстановленного поля и строит разностиое изображение на экране Т.

- . 5

Использование предлагаемого голографического способа вычитания изображений обеспечивает по сравнению с известным более высокие помехоустойчивость и уровень яркости разностногоО изображения за счет введения фазового сдвига путем изменения угла между опорной и предметной волнами на этапе регистрации и осуществления восстав

новлёния пучком монохроматического излучения ограниченной апертуры в пределах минимума интерференционной картины. Это позволяет говорить о возросшей эффективности гояографического способа вычитания изображения по сравнению с известным. Кроме того, возможность использования восстанавливающего пучка ограниченной апертуры (неразведенного лазерного пучка) приводит к повышению уровня освещенности- разностного изображения, что говорит о существенных энергетических преимуществах предлагаемого способа.