Голографический способ преобразования пространственных изображений Советский патент 1992 года по МПК G03H1/22 

Изобретение относится к оптической обработке информации, а именно к вычитанию-, пространственных изображений методом корреляционной фильтрации с применением голографии.

Известен способ вычитания пространственных изображений, по которому на фотопластинке высокого разрешения делают нечетное число экспозиций, длительность которых пропорциональна биноминальным коэффициентам, причем при первой экспозиции регистрируют при освещении спеклструктурой один диапозитив, а другой - при всех остальных экспозициях и перед экспозициями осуществляют поперечное смещение фотопластинки симметрично.

о

относительно первоначального на кратную

00 величину. При просвечивании фотопластинсоки и объектива когерентной волной в фоСЛ ГчЭ кальную плоскость обьектива помещают непрозрачный экран со щелью конечной

ю ширины так, чтобы щель совпала с темной полосой, и в плоскости изображения регистрируют разность изображений двух диа- , позитивов. При многоэкспозиционной регистрации получаются интерференционные полосы, разделенные широкими интервалами с нулевыми минимумами. .Однако значительного улучшения качества отфильтрованного изображения невозможно достичь, так как число экспозиций ограничено динамическим диапазоном фотографической эмульсии и не может превысить 3-5 Э1 ;спозиций.

Ближайшим по технической суа ности к предлагаемому способу является голографический способ преобразования изображений, заключающийся в том, что диффузный рассеиватель освещают при записи голограммы сходящейся сферической волной, экспозицией осуществляют поперечное смещение диффузного рассеивателя. а при восстановлении голограммы в плюс первом дифракционном порлдко получают интерферограмму в определенной плоскости ее локализации, находящейся передтолографическим изображением.

Данный способ не о.беспечивает возможности вычитания пространстзенных изображений.

Целью изобретения является обеспечение вычитания пространственных изображений.

Поставленная цель достигается тем, что в известном голографическом способе преобразования пространственных изображений, заключающемся в том, что диффузный рассеиватель освещают при записи голограммы сходящейся сферической волной перед экспозицией поперечное.смещение диффузионного рассеивателя на величину а-, а при восстановлении голограммы в плюс первом дифракционном порядке получают .интерферограмму в определенной плоскости и локализации, находящейся перед голографическим изображением, при первой экспозиции экспонируют светочуйствительную среду с одним диапозитивом, а при последующих экспозициях - с другим диапозитивом, при этом делают нечетное число экспозиций, длительность которых пропорциональна биноминальным коэффициентам, причем диффузный рассеиватель смещают симметрично относительно первоначального на величину кратную а, а при восстановлении голограммы в плоскости локализации интерферограммы фильтруют разность изображений двух диапозитивов с помощью непрозрачного экрана со щелью, Способ может быть реализован следующим образом

Излучение лазера, расщиренное с помощью коллимирующей cиcteмы из линз, делится полупрозрачным зеркалом на два канала: опорный, образованный лучом, отраженным от зеркала и падающим на фотопластинку под углом 0 к нормали поверхности фотопластинки и объектный, образованный просвечиванием сходящейся сферической волной, формируемой линзой диффузного рассеивателя и диапозитива.

П ри первой экспозиции фотопластинки проводят ее экспонирование с одним диапозмтивом, затем, после смены диапозитива, проводят многократное экспонирование

фотопластинки с одной и той же величиной поперечного смещения диффузного рассеиватеяя, осуществляемого устройством перемещения между двумя экспозициями, причем поперечное смещение осуществля0 ют симметрично относительно положения диффузного рассеивателя, занимаемого при перпой экспозиции.,

При восстановлении голограммы в плоскости установки щелевой диафрагмы на5 блюдают локализованную многолучевую интерференционную картину в виде прямых полос. Выделение щелевой диафрагмой участков интерференционной картины между максимумами интерференционных полос

0 приводитк появлению в плоскости установки регистратора разности изображений ди-. апозитивов.

Физическое обоснование предлагаемого способа вычитания пространственных

5 образов заключается в следующем.

Во время первой экспозиции на фотопластинке регистрируется интенсивность

()(Vo + U1)(1)

где с точностью до постоянных членов ком0 плексные амплитуды опорной Vo и объектной Ui волн имеют оидIkXaSi Q f5

v,e

, . V )

А()

1Л(МДТ;(.,1|,)Г

il/

.

1.

133 ле

-(М

К е

.. 2JT

- болнопое число. Я - длина К- --

0 г

волны излучения лазера, (х, у) - плоскость установки диффузного рассеивателя и диапозитива, (х2у2)- плоскость установки фотопластинки, нах6дяи.1ейся на расстоянии I от

плоскости (xiyi), A(xiyi), A(xiyi) - комплексная амплитуда диффузного рассейпателя при освещении его плоской когерентной волной, Ti (xiyi) - комплексная амплитудапропускания первого диапозитива, F - радиус кривизны солновогофронтд, освещающего диффузный рассеиватель. Выражение (3) гаписано в приближении Френеля - Киркгофа,.

Вовремя второй экспозиции на фотопластмнке регистрируется интенсивность l°i(Vo + ur)(Vo + uS) И)

а г/ .о от

где; 1 ff / ,-lite ) +yiJ

uriIftU.№(4is.

,.f.(y,-y,fJ

cJx,c(|, :

. .. . , . . -,30 . ., . ....-,

Во времени N экспозиции (где N - не-Если радиус корреляции неоднородночетное число) на фотопластинке регистриру- .стей диффузного рассеивэтеляудовлетвоется интенсивностьряет условию /o(N -1)а и

IN-I ( и N-iXVo + UN-I) (10) .я, 1 1ч.х-1 -л .

ffA/ N-i f / 35т())« товыраже J|H-JJAV -g- -yr v .)ние (14) приводится к виду

.0 ...к

: .., . :п:н,(.ц

(Ifl

Величина интенсивности, зарегистриро- 46 Предположим, что изображения диапованная на фотопластинкезитивов идентичны и относительные времеJ riji,„,назкспозицИй Гт удовлетворяют условию

Vo|2+ IUi|2 +

Xf iu |2-bvour-bv u.-fvo- 2 2 гы т- 1|1 - Ь

--l ,N-1 ;f-o yei« 2 Un+VQ+ 2 Un(12)

n in i55 Тогда выражение (15| приводится к виду

. )

Полагая, что запись голограммы прово-(хфЬА (if,(j,8х

дится на линейном участке кривой почериения фотоматериала, при восстановлении T%,u.,,

50Cos/С П )

. k U F/ 510885296 T2(xiyi) - комплексная амплитуда про-голограммы, восстановленное поле в плопускания второго диапозитива, а-величинаскости (хзуз). отстоящей от плоскости голопоперечного смещения диффузного рассе-граммы на расстоянии I, в параболическом ивателя (без потери общности рассужденийприближении имеет вид полагается, что смещение осуществляется в5 , w-i направлении оси Xi).(зУэЬЖ п) Во время 3-ей экспозиции на фотопла-iг - стинке регистрируется Интенсивность ч. от ,,.(v..u-.u., ,е, . .. .«) , „ ,4М ЧП: UiAljA(XrQ,j,)T(x,«,lBПодставив в (13) выражения (3), (5). (U (9). .1}-г. 2 / 1(11) и воспользовавшись формулами преоб«пГЗ() .У(Ч41 j I , , 15 разования Фурье получаем: I dXidij, СГ/ - Во время N-1 экспозиции на пластинке регистрируется интенсивностьflj ti .„..(vo.u«.xvo.u..d. ,8) (,.„мп,ф,т;(.,ч.,. 1т;(.,..„,1 .4(i.-°l.., „ i|( .(Г Г/ N-1 12 % 4AlXra,«jjC (,;iTiNae - « 4u.:...(,,M,.-(r.flj. ; ; .,..,, 7.10885298 И интенсивность в плоскости (хзу выделяет в плоскости голографического l/vlA/xi vi / Jlfxi vv изображения эти неидентичные участки. Та / I- л я 1 1 образом, качество фильтруемого йзоGbS (j г)х1 а (19)бражения при конечной ширине щели Согласно выражению (19). в плоско-5 Диафрагмы зависит от числа экспозиций, голографического изображенияПо сравнению с существующими аналополучаем изображение диапозитива на гами предложенный способ позволяет увефон1 диффузного рассеивателя. амно- ичить качество фильтруемого разностного тлучевай интерференционная карти-,« изображения, так как в известных реализафгп..,. -y-(j p)x.al локализована (как и в динамического диапазона регистрирующей . .:,;:;.;,;:2Q зщ. ,,,:,- :..;-;-.,-,:::,:: ;Дх.-;:-. Ivv ..J ,. (20); Способ может быть реализован без каР(--р)ких-либодополнительныхтехнико-экономиЧем больше число экссюзЙций. тем более /«вскйх зётрат голографич узкие интерференционные максимумы, раз- . Установках типа дин-1.УИГ-12, деленные более широкими темными проме- 25 Возможны и другие варианты устройстжуткамива по предлагаемому способу, не выходяСслияослепе ой экспозиции последу- « а рамки изобретения, например. экспозиции выполняются е другим . ° 3ование вместо одной щели для диапозитивом, имеющем в изображении Фильтрации периодической структуры ще JiacTtt«. отличные от первого, то гантраст- 30 лей с целью повыщений яркости изображеность интерференционной картины уМень- .., шаетсяввидутого.чтосветотнеидентичныхТаким образом, предложенный способ участков изображения концентрируется в решает актуальную в настоящее время задаместах минимума интерференционной кар- , У « оптической обработки изобра.тины. Установка щелевой диафрагмы на ми- 35 жений, позволяя повысить качество нимум интерференционной полосы изображения.

ГОЛРГРАФИЧЕСКИЙ СПОСОБ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ, заключающийся в .том, что диффузный рассеиватель освещают при записи голограммы сходящейся сферической волной, перед экспозицией осуществляют поперечное смещение диффузного рассеивателя на величину а. а при восстановлении голограммы в плюс первом дифракционном порядке получают интерферограмму в определенной плоскости ее. локализации, находящейся перед голографическим изображением, о т л и чаю щи йс я тем, что, с целью обеспечения вычитания пространственных изображений, при первой экспозиции экспонируют светочувствительную среду с одним диапозитивом, а при последующих экспозициях - с другим диапозитивом, npv. этом делают нечетное число экспозиций, длительность которых пропорциональна биноминальным коэффициентам, причем, диффузный рассеиватель / смещают симметрично относительно первоначального на величину кратную а. а при восстановлении голограммы в плоскости локализации интерферограммы фильтруют разность изображений двух диапозитивов с СЛ помощью непрозрачного экрана со щелью. С