Способ синтезирования объемного изображения объекта Советский патент 1982 года по МПК G03H1/08 

Изобретение относится к голографии и предназначено дляголографического трехмерного представления информации.

Известен голографический способ синтезирования объемного изображения путем освещения диффузным когерентным светом транспаранта,. на котором зарегистрировано сечение трехмерной сцены, голографической записи прошедшего транспарант излучения на отдельную голограмму, последовательного повторения указанных операций для всех транспарантов набора с одним и тем же волновым опорным фронтом, причем каждый транспарант устанавлиBcUOT при записи на соответствующем расстоянии от фоторегистратора, и пропускания через поле зрения серии таких голограмм в количестве и со скоростью достаточными для того, чтобы благодаря инерции зрения глаз воспринимал стационарное трехмерное изображение ГИ.

Недостатком указанного способа является наличие в схеме егсэ реализации перемещающихся Элементов/ что

1риводит к ухудшению качества изобракения.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ синтезирования объемного изображения объекта, заключающийся в голографической записи последовательно во времени объективных волн, формирующихся путем диффузного освещения набора транспарантов с изображениями сечений объекта на один и тот же реtoгистратор с опорным сферическим волновым фронтом с переменным радиусом кривизны, и в последующем восстановлении изображения t21.

Недостатком известногкэ способа

15 является ухудшение качества восстановленного изображе:1ия вследствие появления голографических аберраций, связаннь1х с изменением кривизны восстанавливающего волнового фронта от20носительно КРИВИЗНЫ опорных волновых фронтов при регистрации голограмм.

Цель изобретения - повышение качества объемного изображения.

Поставленная цель достигается тем,

25 что согласно способу синтезирования объемного изображения объекта, за- ,, ключадащемуся в голографической записи последовательно во времени объектных волн, формирующихся путем диф30фузного освещения набора транспарантов с изображениями сечений объекта на один и тот же регистратор с опорным сферическим волновым фронтом с п переменным радиусом кривизны, и в последующем восстановлении голограммы, записывают диффузный Фурье-спект каждого транспаранта с опорным вол новым Фронтом, распределение комплексных амплитуд которого является Фурье-образом сферической волны с пе ременным радиусом кривизны, а восста навливают изобоажения путем обратног Фурье-преобразования волны, полученной при освещении голограмма плос кой волной. Способ реализуется следующим образом. Голографически регистрируется диффузный Фурье-спектр F{fi(x,y)} i-ro транспаранта, после которого поле характеризуется функцией fi(x,y Так как опорная волна сходится в точку (или.расходится из точки в зависимости от знака кривизны) в плоскости, расположенной на расстоянии Z. cosd/}i-g от Фурье-плоскости Tpan спаранта, то справедливо допустить, что упомянутая точка является изобра жением через оптическую систему, фор даpyю дyю Фурье-образ функции транспаранта, некоторой точки, расположен 1ной на расстоянии Z . от передней фокальной плоскости указанной оптической системы, причем, по правилам геометрической оптики z , а отклонение этой точки от оси равно K f sirid., где. f - главное фокусное расстояние оптической системы, формирующей Фурье-образ функции транспаранта. Не нарушая общности рассуждений, можно принять поперечные коор динаты точки равными к-f sinaL; В этом случае распределение комплекс ных a дплитyд UQ, поля опорной волны в плоскости записи гoлoгpaм ы являет ся Фурье-образом распределения комплексных амплитуд поля точечного источника в передней фокальной пло.скости оптической системы,, формирующей Фурье-образ функции транспаранта, т.е. с точностью до постоянного множителя р(ехр(-;ф-х))/У(х-х), d) где k - волновое число. При восстановлении голограм |1 в функции, характеризующей ее коэффициент пропускания, значение имеет вид F {. (x,v). ((x-x)+zf)/y( Выражение (2) приводится к виду Ч ДХ. )/V( . где: 0) х f sindl. При освещении голограм плоской волной, амплитуда которой с точностью до постоянного множителя задана выражением ехр (-ikxsinot), восстанавливается волна F{f i(x,x) (-ikVAv4zf)/fx4.vi+2f(4) Фурье-спектр данной волны описывается выражением {f ,.(ХЛ) Р р1ехр( ) где: ® - операция свертки. Функции, входящие в выражение (5), упрощаются с учетом масштабных коэффициентов F{F(fi(x,y)|- fi(f x/f ,) (.) - -ехр (it yx - f +zl/ xi+ i+ii , где: f - главное фокусное расстояние оптической системы, осуществляющей обратное Фурье-преобразование восстановленной волны. в результате Фурье-спектр восстановленной волны имеет вид с точностью до постоянного множителя fi (f 1 х/, ;, ехр (iК (b, Фактически выражение (б) означает, что изображение i-ro транспаранта формируется на расстоянии Z от частотной плоскости оптической системы, осуЬ1ествляющей обратное преобразование Фурье восстановленной волны, при этом увеличение изображения транспаранта определяется отношением . Поскольку в выражении (6) функция объекта fi f/x ) свертывается с функцией точечного источника ехр (ikSx +y +zy) /ix +yi+z , взятой без обычных приближений, то изображение объекта строится за оптической системой без аберраций, свойственных голографическому изображению при изменении кривизны восстанавливающего фронта относительно опорного, (присутствуют только искажения, вноси(ие оптикой) и достигается поставленная цель повышения качества изображения. На фиг.1 приведена схема регистрации голограммы; на фиг.2 - схема восстановления объемного изображения. Блок устройства, предназначенный для регистрации голограммы (фиг.1), содержит лазер 1, светоделительное зеркало 2, в объектном пучке поворотное зеркало 3, расширитель 4 пучка, диффузор 5, кадровое окно 6, пленку 7 с набором изображений сечений, оптическую систему 8,осуществляющую преобразование Фурье прошедшего транспарант излучения, фоторегистратор (голограмму) 9, поворотное зеркало 10, расширитель 11 пучка, оптическую систему 12, Блок устройства, предназначенный для восстановления объемного изображения (фиг.2) содержит лазер 1, расширитель 13 пучка, голограмму 9, оптическую систему, осуществляющую обратное преобразование Фурье восстановленного с голограммамы 9 излучения -14. Устройство работает следующим образом. На этапе регистрации голограммы (фиг.1) пучок когерентного излучения от лазера 1 светоделительным зеркалом 2 делят на объектный и опорный. В объектном канале пучком после отражения от зеркала 3, расширения эле ментом 4 и рассеивания диффузором 5 освещают через кадровое окно 6 транспарант с изображением сечения объем ной сцены на пленке 7. Так как транс парант размещен в передней фокальной плоскости оптической системы 8, то в задней фокальной плоскости данной системы распределение амплитуд поля описывается функцией, представляющей Фурье-образ функции, характеризующей поле за транспарантом. В задней фокальной плоскости оптическо системл 8 поле голографически записывается на фоторегистратор 9 с опор ным пучком, который после отражения от поворотного зеркала 10, расширения элементом 11 формируют оптической системы 12 до нужной кривизны в центре фоторегистратора . Кривизна пучка kjQp в каждом отдельном акте записи зависит от номера сечения на транспаранте и равна cos l/zJ- Z cosd/f, где z- , Z, f,A обозначе ны на фиг.1 и фиг.2 и обозначают, соответственно, расстояние от задней фокальной плоскости Фурье-системл 8 до точки схождения оперного волнового фронта, продольную координату регистрируемого сечения, фокусное расстояние Фурье-системы 14, угол между осями объектного и опорного пучков, причем Z- . Очевидно, что пере менный параметр в выражении для - Z и связанный с ним Z; На этапе восстановления объемного изображения (фиг.2) пучок когерентно го излучения от лазера 1 формируют расширителем 13 пучка до необходикых поперечных размеров при плоском волн вом фронте и под углом d. освещают го лограмму 9. Восстановленную волну преобразует оптическая Фурье-система 14 таким образом, что в ее задней фокальной плоскости формируется Фурьеспектр восстановленной волны. В результате за Фурьер-плоскостью (задней фокальной плоскостью) оптической системы 14 формируются неискаженные изображения сечений объекта U, (,l...n) в масштабеf/f,, и с необходимой координатой Z ,для каждого сечения. . Объемное изображение из сечений наблюдают справа от крайнего правого изображения сечения вдоль продольной оси Z, как показано на фиг.2. Таким образом, изображение позволяет повысить качество получаемого объемного изображения за счет устранения искажений, обусловленных голографическими аберрациями. Изобретение может найти применение в системах трехмерной индикации в системах обучения и тренажа, в системах для ведения диалога проектировщика с ЭВМ, в медицинской диагностике и в навигационных целях. Формула изобретения Способ синтезирования объемного изображения объекта, заключающийся в голографической записи последовательно во времени объектных волн, фор 1Ирующихся путем диффузного освещения набора транспарантов с изображениями сечений объекта на один и тот же регистратор с опорным сферическим волновым фронтом с. переменным радиусом кривизны, и в последующем восстановлении изображения, отличающийся тем, что, с целью повышения качества объемного изображения, записывают диффузный Фурье-спектр каждого транспаранта с опорным волновым фронтом, распределение комплексных амплитуд которого является Фурье-образом сферической волны с переменным радиусом кривизны, а восстанавливают изображение путем обратного Фурье-преобразования волны, полученной при освещении голограмма плоской волной. Источники информации, принятые ,во внимание при экспертизе 1.Оптическая обработка информации. Под ред. Д.Кейсесенш М., Мир, 1980, с. 290-271. 2. Патент ША № 3698787, кл. 350-3.-5, опублик. 1970 (прототип),

3

фиг.1

Фне.1