Способ записи и воспроизведения пространственных изображений Советский патент 1974 года по МПК G03B35/00 

1

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

При известных способах фотографирования добиваются наилучшей фокусировки изображений на фотопластинках. Эти способы могут быть классифицированы как способы поточечной передачи изображений. При этом качество записи изображения определяется фокусировкой изображения и разрешаюихей способностью оптической системы и фотоматериалов. Недостатком этих способов является невысокая помехоустойчивость и отсутствие простых методов записи и воспроизведения объемных изображений.

Известны стереоскопические способы записи и воспроизведения 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 связано с усложнением устройств стереоскопической записи и передачи изображений.

Известны голографические способы записи и воспроизведения пространственных изображений, отличаюш,иеся высокой надежностью и помехоустойчивостью. Однако, голографические способы требуют применения когерентных источников света, специальных методов формирования голограмм с использованием опорного пучка когерентного света, а также особомелкозернистых фотоматериалов.

Известен способ записи и воспроизведения пространственных изображений, заключающийся в регистрации, например, на фотопластинке интерференционной картины при наложении опорного и сигнального (отраженного от объекта) излучений лазера и последующим освещением проявленной фотопластинки тем же лазерным опорным пучком). Использование последнего способа связано

с применением источников когерентного света,

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

и т. п.

Цель изобретения - разработка надежного

и помехоустойчивого способа записи и воспроизведения пространственных изображений (как при голографировании) с использованием некогерентного света. Предлагаемый способ отличается 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

изображения направляют днффузный немонохроматический свет и через одну или несколько раскодирующих анертурных масок изображение расфокусируют в выходной области, занолненной рассеивающей средой, где восстанавливается изображение исходного объекта.

Таким образом, при записи происходит первое, прямое, преобразование исходного изображения в промежуточное (первая расфокусировка), а при восстановлении - второе, обратное, преобразование (вторая расфокусировка) промежуточного изображения. Под расфокусировкой подразумевается любой способ распределения информации о точечных элементах исходного или промежуточного изображения на область пространства.

Расфокусировку выполняют таким образом, чтобы информация о каждом точечном элементе изображения была распределена на значительную область. При записи расфокусировка происходит в плоскости регистрирующей фотопленки, при воспроизведении плоское промел уточное изображение расфокусируется в области пространства, в которой восстанавливается изображение.

Из теории систем и преобразований в оптике известно, что расфокусировка оптических изображений описывается 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, подвергающееся расфокусировке;

h(x, у, Z, Хо, УО, ZQ) - функция влияния, описывающая закон расфокусировки точечных элементов исходного изображения.

В общем случае оптическая расфокусировка изображения является существенно неоднородным преобразователем. Это делает практически невозможным точное аналитическое исследование оптической системы даже для простейших входных изображений.

Для иллюстрации предлагаемого способа ограничимся параксиальной областью оптической системы, в которой преобразование изображений можно считать практически однородным. В этом случае преобразование входного изображения 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)-ядро первого (прямого) преобразования.

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) -ядро второго преобразования; (f(x,y,x) -сигнал на выходе системы после двух последовательпых преобразований входного сигнала.

Учитывая 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 ядер первого и второго преобразований обладает свойством

(x, у, z) « h.(x, у, z) Цх, г/, 2), (5) то после двойного преобразования 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 изображения получим исходное изображение. Свойством (5) обладают перегулярно-периодические («оригинальные, шумоподобные) функции, которые содержа;т достаточно высоKiie пространственные частоты. Существует класс интегральных ядер h(x,y,z), которые обладают таким свойством:

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

т. е. в нрямом и обратном преобразованиях участвует одно и то же ядро. Интегральные

ядра, обладающие таким свойством, называются ядрами Фурье.

Таким образом, для надежной и помехоустойчивой записи и воспроизведения плоских и объемпых изображений законы расфокусировки должны удовлетворять двум требованиям:

1)Информация о каждом точечном элементе расфокусируемого изображения должна быть распределена на значительную область.

2)Свертка ядер первого и второго преобразований должна удовлетворять условию (5).

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

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

При этом каждая 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 воспроизводится с диапозитива изображения, 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 восстанавливается изображение исходного пространственного объекта.

Предлагаемый способ позволяет записывать и восстанавливать информацию об объеме исходного объекта. Это объясняется тем, что масщтаб, положение и форма центральных проекций в нлоскостн записи точек исходного объекта зависят от их расположения в пространстве по отношению к апертурным маскам. При этом расстояние от апертурных масок до плоскости записи предполагается неизменным. Таким образом, в изображении каждой точки объекта в нлоскости записи содержится информация о расположении точек исходного объекта в пространстве.

Аиертурные маски, реализующие ядра прямого и обратного преобразований, hi(x,y,z) и h2(x,y,z) соответственно, должны быть одинаковы. Они нредставляют собой совокунность отверстий малого диаметра. Расположение отверстий должно удовлетворять условию (5): автокорреляция функции, описывающей апертурные маски, должна давать функцию с достаточно острым максимумом, с помощью которой можно аппроксимировать S - функцию.

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

Предмет изобретения

Способ записи и воспроизведения пространственных изо.бражений путем распределенного кодирования сигнала с помощью оптических систем, отличающийся тем, что, с целью обеспечения записи и воспроизведения

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 изображения нанравляют диффузный немонохроматический свет и через одну или несколько раскодирующих апертурных масок расфокусируют изображение в выходной области, заполненной рассеивающей средой, где восстанавливается изображение исходного объекта.