Восстановление пространственной информации

ВОССТАНОВЛЕНИЕ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ ИНФОРМАЦИИ [c.184]

Приходится учитывать несколько таких функций, приводящих к различным видам потерь пространственной информации в голографических системах. Эти потери обусловлены прежде всего дифракционными ограничениями, связанными с конечными размерами (апертурой) голограммы, далее, аберрациями, возникающими при формировании сигнала в плоскости голограммы при записи и в процессе восстановления волнового фронта (т. е. во всех звеньях голографической системы), и, наконец, — отличием реальной ЧКХ записывающего материала от идеальной, т. е. различным пропусканием через второе звено различных частот сигнала. К существенным потерям пространственной информации приводят также шумы и нелинейность регистрирующего материала. [c.84]

Наиболее узким звеном голографической системы является второе ему присущи все виды потерь пространственной информации. Поэтому чаще всего при оценке разрешающей способности рассматривают, главным образом, влияние свойств голограммы и материала, на котором записывается голограмма. Необходимо, однако, отметить, что влияние потерь пространственной информации во втором звене голографической системы существенно зависит от характера формирования сигнала в первом звене и от особенностей восстановления волнового фронта. [c.84]

Такой двухступенчатый процесс записи и восстановления волнового фронта, несущего информацию о предмете, и называется голографией, а зафиксированная на какой-либо регистрирующей среде пространственная структура световой волны — голограммой. [c.9]

Книга посвящена основам теории цифрового представления волновых полей, их преобразованиям, алгоритмам вычисления этих преобра,зований, синтезу и записи голограмм, пространственным фильтрам для оптических систем обработки данных, визуализации информации, методам цифрового восстановления голограмм и интерферограмм, цифровому моделированию голографических процессов. Показано применение методов в оптике, акустике, измерительной технике, при неразрушающем контроле. [c.2]

В принципе коррекцию искажений системы целесообразно выполнять обработкой самой голограммы до ее восстановления. Примеры такой коррекции маскирования и подавления шумов описаны в предыдущем параграфе. Однако в тех случаях, когда, как, например, при подавлении шумов, для коррекции необходима априорная информация о свойствах неискаженных сигналов и изображений, приходится прибегать к обработке восстановленного изображения, так как часто эту априорную информацию легче задать по отношению к самим объектам, а не к их голограммам. Кроме того, следует учитывать, что обработка восстановленного изображения иногда может оказаться в вычислительном отношении более простой, чем эквивалентная обработка голограммы. Так, например, коррекция маскирования путем обработки восстановленного изображения по (8.9) при заданной маскирующей функции может быть выполнена намного быстрее, чем пространственная фильтрация голограммы даже при использовании рекурсивных и разделимых цифровых фильтров. [c.172]

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]

Так как голограмма регистрирует только часть информации об объекте, переданной рассеивателем, то очевидно, что восстановление изображения будет сопровождаться появлением дополнительного шума и ухудшением резкости изображения, но при этом информация, переданная как низкими так и высокими частотами, частично сохраняется. В работе авторы показали, что подбором характеристики рассеивателя сужение спектра пространственных частот приводит либо к уменьшению отношения сигнал/шум, преимущественно, либо к ухудшению разрешения при постоянном значении фона, а угол зрения в этом случае мало зависит от апертуры голограмм. Коэффициент сокращения спектра пространственных частот голограмм [c.277]

Для реальных фотопленок пространственная частота отсечки голографического процесса оказывается ограниченной в соответствии с выражением (15) это приводит к тому, что фурье-спектр восстановленного сфокусированного изображения становится равным произведению фурье-спектра объекта на ЧКХ пленки [1]. Отсюда следует, что с ростом пространственной частоты объекта уменьшается глубина модуляции. В сущности это шумовой эффект, который ограничивает измеряемое число градаций яркости на элемент разрешения, пропускаемое системой. Для того чтобы учесть влияние такого шумового эффекта на голографический процесс, воспользуемся результатами и терминологией теории информации [11, 12]. В первом приближении число разрешаемых уровней серого в пределах данного элемента разрешения можно использовать для определения отношения сигнал/шум голографического процесса [c.162]

Теневую информацию о вторых пространственных производных показателя преломления можно также получить с голограмм этого типа непосредственным фотографированием восстанавливающего пучка, прошедшего через голограмму. Области с очень сильным градиентом показателя преломления, такие, например, как области вокруг ударной волны, будут выглядеть на восстановленном изображении темными, поскольку лучи света, прошедшие через эти области, из-за сильной кривизны преломляются за пределы апертуры. Это явление полезно в целях определения координат таких областей, но внутри них интерферометрия невозможна, в силу того что лучи через них прямо не идут. [c.518]

В результате яркость восстановленного с голограммы изображения оказывается промодулированной по этому же закону, что и позволяет получить информацию о пространственном распределении амплитуды колебаний. [c.215]

Последнее соотношение говорит о том, что в рассмотренном случае значение двоичной голограммы Фурье в каждой точке плоскости определяется знаком косинуса фазы. Подбирая параметры р и можно управлять дифракционной эффективностью двоичной голограммы. Эти преобразования вносят искажения в информацию, содержащуюся в функции Тр . У обычных голограмм Фурье значения Тр для низших и высоких пространственных частот могут отличаться более чем в 1000 раз. Значения же 0р, отличаются менее чем в 10 раз, поэтому если их приравнять к низкочастотным значениям Тр , то высокочастотные 0pq окажутся усиленными в большей степени, что при восстановлении должно проявиться в подчеркивании контуров полученных изображений, т. е. в своеобразном дифференцирующем эффекте. Подробно этот эффект будет рассмотрен ниже. [c.78]

Для того чтобы воспользоваться изложенной методикой восстановления профиля /Сг, необходимо найти не только распределение 5(г, /), но и оценить его пространственные и временные производные, что, естественно, усложняет вычислительные процедуры, связанные с обработкой и интерпретацией локационных сигналов. Для решения указанной вычислительной задачи и построения алгоритмических схем обработки оптической информации вновь прибегнем к методу оптических операторов теории светорассеяния дисперсными средами. [c.110]

Существенная часть общего программного блока отведена для массивов концентраций примесей. Предусмотрена возможность использования до трех примесей различного вида [7.1]. Информация о концентрации примеси хранится в виде дискретного профиля с возможностью использования некоторого максимального числа точек (обьино 400 [7.1]). Каждое значение концентрации соответствует точке в дискретном пространстве (пространственной сетке), определенном вдоль вертикальной оси с началом на поверхности твердого тела, т. е. кремния (81) или двуокиси кремния (8Юз). Часто во время какого-либо технологического процесса физические размеры дискретного пространства моделирования могут меняться, как, например, во время окисления, травления, напыления и эпитаксии. При этом во время любого из вышеуказанных процессов расстояние между узлами пространственной сетки может также меняться. Для восстановления равномерности в блоке генерации сетки (рис. 7.1) в конце каждого отдельного процесса предусмотрено использование интерполяции с помощью кубических сплайнов. [c.197]

В настоящей главе рассматриваются различные схемы оптических и оптико-электронных процессоров, позволяющих аналоговым способом реализовать алгоритмы восстановления томограмм по проекциям. Здесь основное внимание будет уделено процессорам с вводом информации о проекциях на каком-либо оптическом регистраторе — фотопленке, пространственно-временном модуляторе света и т. п. Следовательно, обработке могут подвергаться проекции, полученные в любом диапазоне зондирующего излуче-яия. Преобразование такого излучения в оптическое изображение проекций может выполняться, например, для рентгеновского диапазона, флюоресцентным экраном, рентгеновским ЭОПом, види- коном, пленкой, линейкой или матрицей рентгеновских детекторов, [c.170]

Перспективность применения преобразования Радона в такого рода задачах основана на том, что оно позволяет без потери информации свести функцию М переменных к одномерному сигналу. Это достигается путем интегрирования ее по М- переменной. Фактически данное преобразование переводит функцию в некоторое одномерное пространство Радона, которое тесно связано с М-мерным фурье-пространством. Использование преобразования Радона позволяет основные задачи обработки дву- и трехмерных сигналов, такие, как пространственная фильтрация, вычисление свертки, восстановление изображений, сводить к решению набора задач анализа одномерных сигналов. Учитывая, что технические средства, в том числе и оптоэлектронные, позволяют реализовать алгоритмы обработки одномерных сигналов с высокой точностью и быстродействием, перспективы использования преобразования Радона в информатике представляются очень серьезными. [c.207]

Идеи, лежащие в основе голографической записи и восстановления зрительной информации, были высказаны и продемонстрированы на опыте Габором (1947—1948). Для практической реализации голографии необходимы источники света с высокой пространственной и временной когерентностью. Поэтому широкое распространение она получила после -создания лазеров, начиная с работ Лейта и Упатниекса (1963) и Ю. Н. Денисюка (1962—1963), предложившего записывать голограммы на толстослойных фотоэмульсиях, что позволяет восстанавливать изображение в белом свете. [c.378]

Первые работы но цифровой голографрги появились почти сразу же за первыми работами по оптической голографии [152, 210, 93, 94, 15, 66]. Поначалу это были попытки повторения па цифровых моделях оптических схем записи голограмм для получения оптических пространственных фильтров и моделирования годографических процессов. Несколько позднее была поставлена задача визуализации информации с помощью синтезированных голограмм [67, 42, 13], цифрового восстановления акустических и радноголо-грамм [2, 4, 66], измерения диаграмм направленности антенн [8], автоматического анализа ннтерферограмм. В настоящее время цифровая голография складывается в достаточно самостоятельное направление со своими задачами и методами. Цель предлагаемой книги — очертить это направление, обобщить результаты, накопленные к настоящему времени и разбросанные во множестве статей, и дать обзор известных и намечающихся практических применений цифровой голографии. [c.4]

На голограммах диффузных объектов ограничение диапазона значений голограммы сказывается в появлении шума диффузности. Характер искажений изображений зеркальных объектов можно оценить по рис. 5.1, на котором представлено изображение, восстановленное с синтезированной голограммы в оптической системе,-Он показывает, что в результате ограничения отсчетов голограммы восстановленное изображение оказывается контурным. Этот факт имеет простое объяснение. Динамический диапазон Фурье-голо-грамм зеркальных объектов очень велик, ибо очень велика разница между интенсивностями низких и высоких пространственных частот их спектра Фурье. В результате ограничения, а также квантования значений голограммы соотношение между низкими и высокими пространственными частотами нарушается в пользу последних, что и приводит к передаче в основном только контурной информации [81]. Правильным выбором функции, корректи-руюш ей нелинейность регистратора, можно частично уменьшить искажения восстановленного изображения. [c.107]

Как указывалось в 5.1, введение диффузора в схему синтеза голограмм приводит к появлению на восстановленных изображениях дополнительного шума диффузности. Для уменьшения этого шума можно воспользоваться регулярными диффузорами, предложенными в ряде работ [88, 125, 139, 146, 170]. Эти диффузоры, будучи приписанными объектам, для которых синтезируются голограммы, будут давать тот же эффект размазывания информации по плогца-ди голограммы, что и случайный диффузор, но сказываются не в появлении случайного шумового узора на восстановленных изображениях, а в виде регулярных решеток, которые не оказывают мешаюш его действия при визуализации информации и могут быть легко учтены при использовании синтезированных голограмм как пространственных фильтров. [c.110]

Этот вывод справедлив и для случая, если мы разнообразим виды информации и будем записывать также распределение световой энергии, например, по длинам волн. Можно записать на голограмме не только информацию о распределении интенсивностей по координатам и углам для одной длины волны A,i, но и наложить на эту запись еще заннсн того же рода информации для длин волн А,2, 3, 4 и Т. Д. Если в процессе восстановления волнового фронта освещать голограмму опорными пучками с длинами волн А,], %2, и т. д., то записанная информация восстановится полностью и без искажений лишь при условии, что области пространственных частот в голограмме, несущие информацию для каждой %, не должны перекрываться (чего можно, например, достигнуть соответствующим образом устанавливая углы между опорным и сигнальным пучком). При этом общее максимальное количество восстановленной информации при записи на разных д.чипах волн будет во всяком случае не больше, чем при записи на одной длине волны. [c.67]

Рассмотрим нелинейную регистрацию сфокусированных голограмм в наиболее общем случае диффузно рассеивающего объекта с небольшими, почти зеркально отражающими участками [95-96]. Обычно в результате нелинейной гаюграфической регистрации такого объекта (мы будем проводить сравнение сфокусированных голограмм с наиболее распространенным френелевскими голограммами) в восстановленном поле появляются три нежелательные добавки [97-100]. Это - изображения (причем искаженные из-за изменения кривизны волновых фронтов) в высших максимумах дифракции, диффузно рассеянный фон вокруг изображений (так называемый интермодуляционный шум) и, наконец, ложные изображения в промежутках между соседними дифракционными максимумами. Последние два вида искажений являются наиболее существенными, они обусловлены перекрестной интерференщ1ей (модуляцией) различных пространственных составляющих объектной волны, приводящей к появлению на голограмме дополнительных пространственных несущих. Можно ожидать, что в случае регистрации голограмм сфокусированных изображений, для которых характерна локализованная регистрация информации, зффекты перекрестной модуляции окажутся в значительной степени ослабленными. [c.27]

Таким образом, возможность разделения информации о различных видах перемещения в голографической интерферометрии распространяется и на практически часто реализуемый случай освещения объекта сферической волной. При этом для проведения пространственной фильтрации нет необходимости переотображать восстановленное голограммой изображение, что упрощает оптическую схему. Очевидно, что эта возможность представляет интерес и для спекл-интерферомет1ЯШ, но при ее использовании следует иметь в виду ограниченные возможности спеклограмм воспроизводить изображение объекта. [c.159]

Первая ступень получения голограммы — это фотографическая запись интерференционной картины, образованной объектной волной в зоне дифракции Френеля и опорной волной. Вторая ступень — восстановление записанного на голограмме изображения объекта путем освещения голограммы репликой опорной волны. Восстановленное таким образом изображение обладает трехмерными свойствами исходного объекта, а его качество зависит от угла между опорной волной и волной, продифрагировавшей на объекте. Габор работал с осевыми голограммами ), для которых этот угол равен нулю (т, е. опорная и дифрагирующая волны являются соосными). При восстановлении голограмма Габора формирует два сопряженных изображения объекта и когерентный фоновый шум, которые локализуются вблизи оптической оси. Это обстоятельство приводит к существенному ухудшению качества восстановленного изображения из-за интерференции между интересующим нас сфокусированным изображением объекта и фоновым шумом, а также между этим шумом и расфокусированным сопряженным изображением объекта. Лейт и Упатниекс в своих экспериментах ввели внеосевую опорную волну, представляющую собой несущую волну, модулированную информацией об объекте. Эти голограммы также создают при восстановлении два сопряженных изображения и фоновый шум однако два восстановленных изображения, каждое из которых может быть сфокусировано отдельно в своей плоскости, оказываются пространственно разделенными по углу друг от друга и от осевого фонового шума. Благодаря этому получаются восстановленные изображения хорошего качества, причем никакой интерференции с другими распределениями света, порождаемыми голографическим процессом, не происходит. [c.154]

Поляризационное обращение волнового фронта и передача информации по многомодовым волокнам. До сих пор во всех рассматриваемых приложениях ФРК-лазеров использовались пучки, линейно поляризованные так, чтобы в кристалле они соответствовали необыкновенной волне. При этом, как известно, компоненты электрооптического тензора и коэффициенты усиления света максимальны (гл. 1). В то же время в ряде ситуаций, например при распространении света по оптическим волокнам, возникают существенные искажения не только волнового фронта, но и поляризации. Для восстановления неискаженных пучков в этих случаях необходимо полное обращение волнового фронта, т.е. помимо сопряжения пространственных фаз необходимо одновременное восстановление исходного состояния поляризации ). [c.231]

На этапе формирования изображения используются две световые волны одной облучают объект, другая служит для образования однородного когерентного фона. При взаимодействии этих волн возникает хорошо известная в оптике интерференционная картина, которая несет в себе полную запись пространственной структуры световой волны (по амплитуде и по фазе). Запись интерференционной картины, полученную после этапа формирования изображения, называют голограммой. Записанная на фотоматериал голограмма несет информацию об амплитуде и фазе волны, отраженной от предмета, но не имеет никакого сходства с предметом и при визуальном рассмотрении кажется бессмысленной комбинацией полос и дифракционных колец. На этапе восстановления изображения используется когерентный пучок света, которым освещается голограмма для получения изображения первоначального предмета. При этом возникают два типа изображения действительное и м и-мое. Действительное изображение появляется на стороне, противоположной источнику излучения. Мнимое изображение появляется на той стороне голограммы, где размещается источник излучения. Физическое объяснение З тОму может быть дано такое. Очевидно, что голограмма пропустит свет только в тех местах, где располагаются максимумы интерференционной картины, т. е. там, где фазы волн от объекта и источника совпадали. В этих условиях голограмма как бы выбирает на поверхности фронта волны источника такие места н пропускает их сквозь себя. Приблизительно на половине площади голограммы будет воспроизведена объективная волна. То, что голограмма не воспроизводит поле объекта на месте темных полос интерференции, приводит к некоторой неоднозначности воспроизведения фазы, в результате которой появляется ложное изображение объекта. В схеме Д. Г абора лучи, образующие истинное и ложное йзобра- [c.105]

Выбору системе своего будущего пути развития отвечают две термодинамические ветви на бифуркационной диаграмме. Такое поведение системы, отраженное в бифуркационной диаграмме, характеризует необратимый вероятностный характер структурообразования в неравновесных условиях. Информационные свойства бифуркационных диаграмм связаны с нарушением пространственной симметрии системы и ее восстановлением после перехода через неустойчивость. Нарушение пространственной симметрии структуры является необходимым звеном эволюции системы, без участия которого невозможно кодировать информацию [10,11]. С другой стороны, самовыбор будущей термодинамической ветви позволяет кодировать информацию и переходить с одного уровня эволюции на другой. И. Пригожин и И. Стенгерс [11], рассматривая необратимость, как процесс нарушения симметрии, отмечают, что нарушение пространственной симметрии происходит лишь при весьма специфических условиях - решения с нарушенной симметрией всегда возникают только парами. Это позволило авторам раскрыть физический смысл второго начала и связать его с принципом отбора В ПРИРОДБ РЕАЛИЗУЕТСЯ И НАБЛЮДАЕТСЯ ЛИШЬ ОДНО ИЗ ДВУХ типов РЕШЕНИЙ. (Н.Н. Моисеев [1] сформулировал на основе механизма развития природы принцип минимума диссипации энергии живой материи (см. раздел 1.1.). Новые направления в развитии теории диссипативных структур рассмотрены в [14-17]. [c.25]

Таким образом, восстановленная со спектроголограммы волна несет информацию как о пространственной, так и о спектральной зависимости амплитудных и фазовых изменений, вносимых объектом, что и необходимо при изучении пространственно неоднородных объектов сложного состава. [c.407]

Г) от экспозиционной дозы О), ви-иервых, нелинейна (рис. 9.17) и, во-вто-рых, даже на линейном участке зависит от общей интенсивности света. При восстановлении голограммы необходима неискаженная информация об амплитуде светового поля, поэтому в отличие от высококонтрастных полос при двухлучевой интерференции, получаемых при равенстве амплитуд источников, синусоидальная пространственная модуляция голограмм должна обеспечиваться полосами малой видности. [c.165]

Любое геологическое тело имеет сложное строение, которое отражается в чертах полей состава и показателей свойств слагающих его горных пород. Например, в полях содержания глинистых частиц и числа пластичности найдут отражение линзы опесчанеиных разностей в глинистых породах. В них появятся аномалии, области минимальных значений геологического параметра, пространственно совпадающие с участками повышенного содержания песчаных частиц и имеющие одинаковую с ними конфигурацию. Изучение строения (структуры) полей различных геологических параметров одного геологического тела и их сравнительный анализ полезны в нескольких отнощениях. Прежде всего, для разработки пространственного количественного прогноза геологического параметра и решения большого класса обратных задач. Последние заключаются в восстановлении по структуре поля геологического параметра механизма, интенсивности и пространственной структуры процессов, обусловивших формирование геологического тела, его вещества и свойств. Исследование структуры поля геологического параметра полезно и для обоснования методики инженерно-геологических работ (объем и пространственное размещение пунктов получения информации, установление граничных условий использования модели случайной величины, математическое моде-лированрге, подсчет статистик и т. д.). [c.193]

Однако из рис. В.6,в видно, что информация о F u,v) задана в частотной области неравномерно. Низкие пространственные частоты определены в большем числе точек спектральной плоскости, а высокие — в меньщем. Причем плотность задания спектральных компонент уменьшается в зависимости от p = V u + v по закону 1/р. Естественно, что для восстановления функции f x,y) перед выполнением двумерного обратного фурье-преобразования необходимо выполнить предварительную фильтрацию суммарного спектра всех проекций функцией р1 (рис. В.7). В литературе такое преобразование получило название двумерной р-фильтра-ции. Впервые данный алгоритм был применен для получения изображений кристаллов [9]. [c.13]

Исходными данными для восстановления изменений пространственного распределения показателя преломления (ПРПП) являются разности оптической длины пути или ее производные для излучения, зондирующего объект с различных направлений Поэтому все существующие методы определения ПРПП в зависимости от способа визуализации проекционных данных можно разделить на две группы, интерференционные методы, которые чаще всего применяются для записи информации об оптической длине пути, и методы, основанные на регистрации производной от оптической длины пути [c.77]

Наиболее простой способ получения интерферограмм под различными ракурсами заключается в диффузном освещении объекта, например через матовое стекло 1 (рис 3.2,а), и записи двухэкспо-зиционной интерферограммы 2 Так как диффузное излучение можно рассматривать как набор плоских волн, распространяющихся под различными углами, то таким образом достигается одновременное многоракурсное зондирование объекта 4. Информация о всех проекциях объекта содержится в голографической интерферограмме 2. Для извлечения данных об отдельных проекциях необходимо производить пространственную фильтрацию излучения, восстановленного с интерферограммы. Угол обзора объекта в данной схеме ограничен и он зависит от расстояния между диффузором 1 и регистратором 2, а также от их поперечных размеров. Более подробно схема с диффузным объектным пучком рассмот- [c.78]

Из выражения (4,5) следует, что при восстановлении полученной на нелинейном регистраторе /2 голограммы формируется поле, фаза которого описывается суммарным изображением распределения показателя преломления в поперечном сечении объекта Для визуализации полученного распределения фазы можно использовать различные методы. Применение для этой цели интер-ферометрического метода позволяет представить искомую информацию в виде, наиболее удобном для наблюдателя. Тогда искомая информация о пространственном распределении показателя преломления в поперечном сечении фазового объекта будет представлена в виде системы интерференционных полос, которые являются изотетами восстановленного показателя преломления, причем при переходе от одной линии к другой значение его меняется на одну и ту же величину. [c.120]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...