ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Обмен составляющими информации и ее потери при прохождении через систему из "Передача и обработка информации голографическими методами " Преобразования сигнала, осуществляемые при прохождении через многоканальную систему, по сравнению с преобразованиями в одноканальной системе, существенно усложняются. Рассматривая особенности свето- -информационной системы, необходимо помнить, что ее многоканальность носит особый характер. Привычное представление многоканальности связано с передачей сигналов по просгранственно-разделенным независимым каналам. Классическим примером такой передачи является электронно-оптический усилитель (ЭОУ). Плоское изображение объекта проецируется на первый фотокатод ЭОУ и разбивается на множество элементов (хотя это разбиение и условное), каждое из которых определяется только одним значением интенсивности света. Попавшее на данный элемент фотокатода, который можно рассматривать как начало одного из кана-лов, определенное количество квантов света приводит к появлению соответстующего числа электронов, вызывающих ряд преобразований на сложном слое люминесцентный экран—фотокатод . После нескольких (по числу каскадов) повторений информация на выходе своего канала представляется в виде яркости, пропорциональ ной интенсивности света, попавшего на вход этого канала. Таков же характер многоканальности в процессе создания фотографического негатива, а также в первых каскадах передающей телевизионной трубки (до коммутации). При таком виде многоканальности регистрация информации в любом сечении системы дает одно и то же относительное распределение сигналов. [c.50] Заметим, что распределение сигналов можно представлять различными способами, и поканальный метод не является единственным. При выводе информационных соотношений мы исходили из модели, согласно которой каждая из выбранных е-областей разбивается на ряд каналов по пространственным элементам, направлениям, длинам волн н т. д. Но по каждому из видов информации можно не разбивать на отдельные каналы, а рассматривать целиком весь поток. В частном случае, при передаче только составляющих х-н информации, различающейся интенсивностью в каждом элементе вдоль X, функцию f(x) в пределах (хь, Ха) можно представить как JVi значениями ее в интервалах Axi, АХ2, АХз и т. д., так и JV2 функциями fi(x), f2(x), з(х) и т. д. составляющих, сумма которых дает функцию f(x). Оба эти представления ведут к одному и тому же результату если искомой является функция F(x), то результат, получение информации в виде такой функции, не изменится от вида ее составляющих. Если взять в качестве fi(x), f2(x) и т. д. синусоидальные составляющие, то информация об объекте будет представлена в виде суммы синусоидальных решеток с заданной амплитудой (и фазой), отличающихся пространственной частотой. Пара преобразований Фурье устанавливает связь между двумя такими разложениями в том случае, если интервалы Ах и соответствующие интервалы между иространствеинымп частотами малы. [c.51] Два этих способа представления информации связаны не только математической однотипностью и простотой аналитического представления, но и возможностью сравнительно просто оптическим путем преобразовать рассмотренные функции одна в другую. Важно и то, что в голографии пространственно-частотное представление в отдельных узлах системы лучше определяет характер преобразования, чем поэлементное. [c.52] Преобразование составляющей информации к ъ х осуществляется спектрографами с пространственным разделением спектра % в t — спектральными приборами со сканированием в с или в у — осциллографом или электронно-оптическим усилителем с отклонением по одной из координат / в л и у — телевизионными приемными трубками, записывающими трубками с памятью. Чрезвычайно важным обстоятельством, которое необходимо учитывать при построении светоинформационных систем, включая и голографическую, является ограниченность детекторов в приеме и записи различных видов световой информации. Практически детекторы могут записывать лишь распределение интенсивностей света по х и у, для получения другой информации ее необходимо предварительно преобразовать из а, 3, X и др. в д и у. Эта операция входит в задачу преобразования, выполняемую первым звеном светоинформационной системы (включая голографическую). [c.53] При получении черно-белого изображения в фотографии и кино вся информация, кроме х и у, просто теряется. В телевизионной системе чпсло компонент сигнала еще больше уменьшается при переходе от передающей трубки к каналу связи, трехмерная, информация (по х, у, t) преобразуется в одномерную (зависимость сигнала от времени). [c.53] Таким образом, благодаря неодинаковым возмол но-стям передачи сигналов, относящихся к разным компонентам информации, в системе обязательно один вид информации должен переводиться в другой. Но, помимо этого, преобразование одного вида информации в другой может явиться средством устранения избыточности одного вида информации и более эффективной передачи другого, а также пространственного или какого-либо другого выделения полезной информации. [c.53] Остановимся на упрощенной схеме преобразований сигналов, несущих информацию в голографической системе. Объединим все звенья в три звена в первом формируется заданное световое поле, несущее информацию от объекта в некоторую плоскость, в которую помещен светочувствительный материал. Второе — звено записи, в нем световое поле создает пространственный отклик на каком-либо материале, причем носителем информации является уже не свет, а физико-химические изменения отдельных зерен, электроны, или другие физические носители. Третье — звено восстановления волнового фронта, в нем свет взаимодействует с материалом и модулируется информацией, записанной во втором звене, и на выходе создается световое поле, подобное (с рядом ограничений) тому, которое создает объект. [c.54] В первом звене пространственное распределение каждого вида информации преобразуется в пространственно-частотное. Это происходит в результате суперпозиции в плоскости, в которой располагается светочувствительный преобразователь когерентных волн. Одна группа волн исходит из объекта, другая — от опорного источника. В связи с наложением на одном п том же участке плоскости волн от разных элементов объекта, результирующая волна оказывается суперпозицией многих волн, и происходит как бы наложение пространственных составляющих разных частот. При дальнейшем распространении волн и расхождении опорных волн и волн от источника, каждая из них сохраняет параметры, определяемые условиями распространения волн, и наложения волн может не быть. До регистрации световое поле в плоскости записи содержит всю информацию об объекте (если в первом звене не было источников потерь). [c.54] Звено третье осуществляет, благодаря дифракции, преобразование, при котором каждая составляющая с заданной пространственной частотой создает волну соответствующей интенсивности, идущую в определенном направлении. Происходит, таким образом, преобразование распределения в каждом элементе интенсивности по частотам и распределение амплитуд или интенсивностей по направлениям. Благодаря этому восстанавливается информация и по составляющим х я у, аир. Для получения информации по А,, и др. необходимо внести соответствующие изменения как в первое, так и во второе звено. [c.55] Изучение причин потерь информации — важнейший этап на пути построения оптимальных систем. По вызываемым последствиям их можно разделить на следующие виды потерь пространственные (по поверхности и по направлениям), спектральные и градационные (по амплитуде и сдвигу фаз). По характеру действия эти потери информации можно разделить на два типа со статистической и интегральной природой действия. [c.55] Статистическую природу действия потерь характеризует случайность появления на выходе того или иного отклонения от некоторого значения, соответствующего входному. Такой случайный характер имеют не только амплитудные шумы (флуктуации значений энергии), но и фазовые шумы, значения величин х, у, К, t и др. Интегральный характер потерь информации выражается в том, что невозможно регистрировать действие каждого кванта в отдельности. В большинстве случаев для регистрации необходима определенная минимальная энергия, заключающая в себе достаточное количество квантов света. Необходимо определенное время для накопления и определенный участок пространства, чтобы получить минимальное значение, достаточное для регистрации. [c.55] Потери информаци вызываются также ОГрайиЧей-ным диапазоном передачи энергии п ограниченными интервалами составляющих информации. Теряется вся информация, относящаяся к значениям энергии, большим, чем передаваемые системой, и все участки объекта, не попадающие во входную апертуру системы и т. п. [c.56] Физическая природа источников потерь информации чрезвычайно разнообразна и зависит от механизма процессов, происходящих в светоинформационных системах. В светоинформационных системах, кроме потерь, могут возникать искажения информации. [c.56] В отличие от потерь информации, которые можно только предотвратить, искажения можно компенсировать, причем компенсацию можно производить не только до, но и после звена, вносящего искажения. Однако принципиальная возможность компенсации вовсе не означает, что технически осуществить ее во всех случаях достаточно просто. Часто (например, при появлении геометрических искажений и т. п.) полностью компенсировать искажеиия или не удается вообще, или удается только с помощью сложных устройств, не всегда оправдывающих дополнительные технические затраты на их создание. В ряде случаев это приводит к увеличению потерь информации. [c.56] Таким образом, на практике приходится иметь дело со светоинформационными системами, обладающими не полностью скомпенсированными искажениями, иногда сопровождающимися дополнительными потерями информации. [c.56] Кроме потерь, свойственных любым светопнформа-ционным системам, в голографической системе возникают потери информации и искажения, связанные с особенностями преобразований в звеньях такой системы. Сюда относится прежде всего появление спекл-шумов (пятнистости), обусловленное использованием когерентного света лазерных источников. [c.56] частотный характер преобразований, осуществляемых в первом звене системы, приводит к тому, что при нелинейной записи возникают новые частоты, энергия которых складывается с энергией тех же частот от других элементов объекта. В лучщем случае это приводит к искажениям, которые можно компенсировать, используя сложную технику расщифровки. Вообще же такие искажения увеличивают потери информации в системе. [c.57] Таким же образом влияют и геометрические искажения они изменяют частотный состав и соответственно искажают получаемую информацию об объекте. [c.57] Иным способом скажутся в голографических системах и традиционные источники искажений, так, например, недостаток разрещающей способности и плохая частотно-контрастная характеристика записывающего материала в некоторых случаях приводят к ослаблению контраста и повышению щумов участков, удаленных от опорного пучка. [c.57] Вернуться к основной статье