Способ синтезирования объемного изображения объекта

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик н»930212 (61) Дополнительное к авт. сеид-ву

Р 1М К з (22) Заявлено 27. 06. 80. (21) 2947273/18-25 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

G 03 Н 1/08

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (33! УДК.772. 99 (088. 8) Опубликовано 2305,82, Бюллетень ¹19

Дата опубликования описания 23.05.82 (72) Авторы изобретения

A.:i.Ýàáîðîâ и Г.Г.Л н

Оf а 1 т

j (71) Заявитель (54) СПОСОБ СИНТЕЗИРОВАНИЯ ОБЪЕМНОГО

ИЗОБРАЖЕНИ Я ОБЪЕКТА

Изобретение относится к голографии и предназначено для голографического 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 устанавливают при записи на соответствующе 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 (13 .

Недостатком указанного способа является наличие в схеме его реализации перемевйающихся 1лементов, что триводит к ухудшению качества изобракения.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ синтезирования объемного изоб5 ражения 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 регистратор с опорным сферическим волновым фронтом с переменным радиусом кривизны, и в последующем восстановлении изображения t2j.

Недостатком известного способа является ухудшение качества восстановленного изображения вследствие появления голографических аберраций, связанных с изменением кривизны восстанавливающего волнового фронта относительно кривизны опорных волновых фронтов при регистрации голограмм.

Цель изобретения — повышение качества объемного изображения.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу синтезирования объемного изображения объекта, заключающемуся в голографической записи последовательно во времени объектных волн, формирующихся путем диффузного освещения набора транспараи930212

«{«,(x,х(3 « "(еир(11

-1 (х-х 4y<+z(! <(<) 60 ! тов с иэображениями сечений объекта на один и тот же регистратор с опорным сферическим волноным фронтом с пепеременным радиусом кривизны, и в последующем восстановлении голограмм!, записывают диффузный Фурье-спектр5 каждого транспаранта с опорным волновым фронтом, распределение комплексных амплитуд которого является

Фурье-образом сферической волны с переменным радиусом кривизны, а восста-10 навливают изобоажения путем обратного

Фурье-преобразования волны, полученной при освещении голограммы плоской волной.

Способ Реализуется следующим образом.

Голографически регистрируется диффузный Фурье-спектр F/{fi(х,у))

i-го транспаранта, после которого поле характеризуется функцией fi(х,у)20

Так как опорная волна сходится н точку (или.расходится из точки в зависимости от знака кривизны) в плоскости, расположенной на расстоянии

=cos(k{/k (!„от Фурье-плоскости трав-25

1 спаранта, то справедливо допустить,. что упомянутая точка является иэображением через оптическую систему, формирующую Фурье-образ фун кции тран спаранта, некоторой точки, расположен(! ной на расстоянии Е . от передней фо1 кальной пвлоскости указанной оптической системы, причем, по правилам геометрической оптики Z . = — f /Z!, а

1 1 отклонение этой точки от оси равно

Г =f sink, где f „— главное фокусное расстояние оптической системы, формирующей Фурье-образ фун кции транспаранта. Не нарушая общности рассужден ий, можно прин ять поперечные координаты точки равными х =f „sind.; у =О .40

В этом случае распределение комплексных амплитуд Uoö поля опорной волны в плоскости записи голо грамм является Фурье-образом распределения комплексных амплитуд поля точечного ис- 45 точника н передней фокальной плоскости оптической системы, формирующей Фурье- образ функции транспаранта, т.е. с точностью до постоянного множителя 50 (х =«(ехр(-;х((«(и-xlz vz z".k/ где ) — волновое число.

При восстановлении голограм(ки в функции, характеризующей ее коэффициент пропускания, значение имеет вид

Выражение (2) приводится к виду

Р{(,(хх(3 «{ехp(. (хеiv iz". /((х у ° х! 3exp x e,(xl где: (а= kx/f „; х =f з1пд.

При освещении голограммы плоской волной, амплитуда которой с точностью до постоянного множителя задана выражением ехр(-ikxsind.), восстанавливается волна

«{е, (ху(3.е (еир (- ми/хе хеихи.")/(/х е мхе+ухе (е1

Фурье-спектр данной волны описывается выражением

«{«{!<(ху!33 в«(«е(еир(-хх(/х Р+ )/@у1 (е(где: Э - операция свертки.

Фун кции, входящие в выражение (5 ), упрощаются с учетом масштабных коэффициентов F(F(йi(х,у)Я- Е1(f !х/f,f„у/f) F F ЕХр -А !{ +З +Й Х+.(+2",.

ЕХР (ik у(Ххххх 2! (/Xk+Vkikхk где: f — главное фокусное расстояние оптической системы, осущестнляющей обратное Фурье-преобразование восстановленной волны.

В результате Фурье-спектр восстановленной волны имеет нид с точностью до постоянного множителя

« (k, х(е, «, у(v/e ехр (и /ххе еиХ Х1)/ухх уkizk (ei

Фактически выражение (б ) означает, что изображение i-ro транспаранта формируется на расстоянии Z,. от частотной плоскости оптической системы осу)цествляющей обратное преобразование Фурье восстановленной нолны, при этом увеличение изображения транспаранта определяется отношением f „/f.

Поскольку и выражении (б) функция объекта fi Г/х f у/f) свертывается с функцией точечного источника

exp(ik(x x+ye+x 1 yx(xx+ye+zе, взятое беэ обычных приближений, то изображение объекта строится эа оптической системой без аберраций, свойственных голографическому изображению при изменении кривизны восстанавливающего фронта относительно опорного, (присутствуют только искажения, ВНосНМНе оптикой) и этим достигается поставленная цель понышения качества изображения.

На фиг.1 приведена схема регистрации голограммы; на фиг.2 — схема восстановления объемного иэображения.

Блок устройства, предназначенный для регистрации голограмм! (фиг.l), содержит лазер 1, снетоделительное зеркало 2, в объектном пучке поворотное зеркало 3, расширитель 4 пучка, диффузор 5, кадровое окно б, пленку 7 с набором изображений се930212 чений, оптическую систему 8, осущест- вляющую преобразование Фурье прошедшего транспарант излучения, фоторегистратор (голограмму) 9, поворотное зеркало 10, расширитель 11 пучка, оптическую систему 12 ° 5

Блок устройства, предназначенный для восстановления объемного изображения (фиг. 2) содержит лазер 1, расширитель 13 пучка, голограмму 9, оптическую систему, осуществляющую об- !О ратное преобразование Фурье восстановленного с голограммамы 9 излучения 14.

Устройство работает следующим образом. 15

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 элементом 4 и рассеивания диффузором 5 освещают через кадровое окно 6 транспарант с изображением сечения объемной сцены на пленке 7. Так как транс-25 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 оптической системы 8 поле голографически записывается на фоторегистратор 9 с опорным пучком, который после отражения от поворотного зеркала 10, расширения элементом 11 формируют оптической системы 12 до нужной кривизны в центре фоторегистратора . Кривизна пучка k Оп в каждом отдельном акте 40 записи зависит от номера сечения на транспарантеи равна )i;О„ =соэс(/Z; =

=Z; cosd/f,,где Z ;, Е„, f, d. обозначены на фиг.1 и фиг.2 и обозначают, соответственно, расстояние от задней 45 фокальной плоскости Фурье-системы 8 до точки схождения опсрного волнового фронта, продольную косрдинату регистрируемого сечения, фокусное расстояние Фурье-системы 14, Угол между осями объектного и опорного пучков, причем 2; = f /Z; . Очевидно, что переменный 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 необходимых поперечных размеров при плоском волновом 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 Фурье-плоскостью (задней фокальной плоскостью) оптической системы 14 формируются неискаженные иэображения сечений объекта U,. (1=0, 1...n) в масштабе f/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 иэображения 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 проектировцика с ЭВМ, в медицинской диагностике и в навигационных целях.

Формула изобретения

Способ синтезирования объемного иэображения объекта, заключающийся в голографической записи последовательно во времени объектных волн, формирующихся 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, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения качества объемного изображения, записывают диффузный Фурье-спектр каждого транспаранта с опорным волHoBbIM 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 голограммы плоской волной.

Источники информации, принятые,во внимание при экспертизе

1."Оптическая обработка информации". Под ред. Д.Кейсесенш M., "Мир", 1980, с. 290-271.

2. Патент CiJA Р 3698787, кл. 350-3.5, опублик. 1970 (прототип).

930212

Фиа!

Составитель В.Аджалов

Техред Ж. Кастелевич

Корректор И 1 выдкая

Редактор Н.Лазаренко

Тираж 489 Подпи сн ое

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 3465/60

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4