Оптическая томография

Преодоление указанных трудностей оказалось возможным в рамках такого подхода к решению задачи получения количественных данных в оптико-физических измерениях, при котором ряд необходимых математических операций осуществлялся над волновым фронтом непосредственно в процессе исследования. Ряд разделов книги посвящен анализу томографических систем с преобразованием волнового фронта, позволяющих производить прямые измерения распределений показателей преломления либо ослабления в сечении объекта, что представляется нам важным и актуальным, так как позволит сократить время обработки и расширить область применения томографических методов. Но этим не ограничивается круг задач, связанных с оптической томографией. [c.4]

Третьим важным направлением оптической томографии, которое также рассмотрено в книге, является применение томографических принципов для получения и обработки изображений. Основное внимание при этом мы будем уделять связи голографического и томографического отображений информации. Привлечение голографических принципов в томографические исследования позволяет анализировать задачу получения трехмерного изображения внутренней структуры объекта, т. е. строить так называемый голографический томограф. [c.4]

Решению очерченного круга задач оптической томографии посвящена наша книга. В основном мы будем опираться на результаты собственных исследований, полученные за последние десять лет в области томографии оптического диапазона. [c.5]

Успешное применение указанных методов для измерения распределения показателя преломления стимулировало использование томографии для исследования других оптико-физических характеристик объектов. К таким характеристикам можно отнести пространственное распределение показателя поглощения внутри объекта и коэффициент экстинкции, особенно важные для исследования рассеивающих сред. Представляет интерес также распространение принципов томографии на исследование самосветящихся объектов. Эмиссионная оптическая томография наиболее глубоко рассмотрена в [38]. [c.19]

В основе математического аппарата томографии лежит интегральная геометрия, и в первую очередь преобразование Радона. При анализе оптических томографов мы будем широко использовать свойства этого преобразования В настоящем параграфе рассмотрим основные математические понятия интегральной геометрии, определение и свойства преобразования Радона. Мы будем следовать работам [3, 12], посвященным подробному анализу перечисленных вопросов При этом будем стараться, может быть в ущерб математической строгости, не выходить за рамки институтского курса математического анализа [c.20]

Необходимо отметить, что дискретный характер сбора данных в томографии носит принципиальный характер. При любой реализации сканирования исследуемой области возникает дискретизация либо по углу, либо по набору луч-сумм. Указанная особенность позволяет отнести томографию к непрерывно-дискретному методу отображения информации, когда объект непрерывен, а система отображения дискретна. В нашем случае оптической томографии дискретизация при отображении осуществляется по углу, причем число отсчетов по этой координате примерно равно 10. [c.54]

Любая томографическая система, как предназначенная для исследования внутренней структуры объектов, так и применяющаяся для обработки многомерных сигналов характеризуется тем, что на ее выходе формируется изображение. Фактически в процессе томографической обработки происходит преобразование некоторого входного сигнала. Особенностью томографа является то, что в нем трансформация исследуемой функции происходит в два этапа Естественно, это усложняет анализ процесса формирования изображения. Однако, как указывалось выше, возможен такой подход к построению конкретно оптических томографов, при котором оба этапа томографического процесса выполняются в единой оптической схеме [c.59]

Указанный подход позволяет представлять оптический томограф как систему отображения информации с некоторыми характеристиками. С таких же позиций можно анализировать и другие аналоговые томографы. В 2. 1 были приведены соотношения, определяющие количество информации, которое пропускает томограф в зависимости от числа проекций. Но характеристики сигнала на выходе измерительного прибора определяются не только так называемой шириной полосы частот, которую он пропускает, но и видом передаточной функции. Для случая бесконечного числа проекций вид передаточной функции томографа и ее свойства достаточно подробно рассмотрены в [54, 55]. Остановимся подробнее на анализе его работы при малом числе проекций. [c.59]

Сопоставляя выражения (2 14) и (2 23) и учитывая (2 24), нетрудно заметить, что процесс формирования суммарного изображения в реальном оптическом томографе можно представить как отображение томограммы оптической системой, передаточная функция которой описывается выражением [c.62]

В 2.2 развит подход к процессу восстановления томограмм, полученных при ограниченном числе проекций. Он основан на представлении его аналогом процессу формирования изображения некоторой линейной отображающей системой. Такой подход позволил использовать для восстановления томограмм высокого качества различные алгоритмы реставрации изображения, в частности методы пространственной фильтрации Однако использование зтих алгоритмов практически трудно осуществимо в оптических томографах, так как требует либо создания сложного инверсного фильтра, либо не менее сложного его фурье-образа. [c.64]

ОБЪЕКТЫ, ИССЛЕДУЕМЫЕ МЕТОДАМИ ЛИНЕЙНОЙ ОПТИЧЕСКОЙ ТОМОГРАФИИ [c.72]

Таким образом, методами оптической томографии люжно исследовать самые разнообразные параметры объектов и процессов Однако диапазон изменения этих параметров ограничен. Дело в том, что в настоящее время наиболее развиты алгоритмы восстановления томограмм по прямолинейным проекциям, т е часто предполагается, что траектории зондирующих лучей внутри объекта можно считать прямыми линиями Методы восстановления томограмм, как было отмечено в 1 2, в этом случае являются линейными, поэтому данный тип томографии называют линейным. [c.72]

Решение указанных задач является необходимым условием при создании многоканального оптического томографа, позволяющего исследовать внутреннюю структуру быстроизменяющихся объек- тов. Однако анализ советских и зарубежных публикаций показы- вает, что в настоящее время томографы такого рода еще не вышли [c.89]

Оптический томограф с веерным зондированием [c.89]

Проведенные в [85] экспериментальные исследования показали перспективность применения такого рода камеры для абсорбционной оптической томографии. [c.91]

ПРИМЕНЕНИЕ ОПТИЧЕСКОЙ ТОМОГРАФИИ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОСТРАНСТВЕННОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ РАЗЛИЧНЫХ ФИЗИЧЕСКИХ [c.99]

В 3.2—3.4 были рассмотрены применения методов оптической Томографии для измерения пространственного распределения по- казателя преломления, коэффициента поглощения, коэффициента 7 99 [c.99]

В настоящем параграфе рассмотрены применения оптической томографии для исследования других физических величин объектов, приводящих к оптическим неоднородностям, в частности электрического и акустического полей, упругого остаточного напряжения. [c.100]

Рис. 3.10. Оптический томограф на эффекте Керра

В оптической томографии с преобразованием волнового фронта, когда ряд операций, необходимых для восстановления изображения сечения, выполняется в оптическом тракте, задача измерения амплитудно-фазового распределения поля тем не менее остается Только в данном случае модуляция поля будет представлять собой в зависимости от реализуемого в системе алгоритма либо томограмму, либо суммарное изображение, либо фильтрованною проекцию После- [c.105]

Однако в оптических измерениях возможен, на наш взгляд, другой, более простой и продуктивный подход к решению задачи автоматизации обработки информации. К такого рода измерениям. относятся спектроскопия, широкий класс голографических измерений, лазерная анемометрия, оптическая томография и т. д., где носителем информации является оптический волновой фронт, либо прошедший через исследуемый объект, либо отраженный от него. Автоматизация обработки с использованием ЭВМ в этом случае приводит к необходимости фотографической либо голографической регистрации этого волнового фронта, преобразования в-электрический сигнал двумерной картины, ввода в ЭВМ и затем непосредственно математического анализа. В достаточно общем случае при оптических измерениях, если исключить этапы регистрации сигнала и его преобразования, задача сводится к такой обработке волнового фронта, которая позволила бы решить уравнение (4.1) [110]. [c.111]

Предложенный метод восстановления суммарного изображения распределения показателя преломления непосредственно в процессе зондирования объекта был назван томографической интерферометрией [37, 115], а оптический томограф с преобразованием волнового фронта и интерферометрической визуализацией фазы поля — томографическим интерферометром. [c.120]

Покажем, как все указанные преобразования осуществляются над фазовой составляющей поля в оптическом томографе, схема которого представлена на рис. 4.8. Объект, ось 2 которого пер-128 [c.128]

Необходимо отметить, что в оптическом томографе с цифровым восстановлением томограмм погрешность восстановления существенно зависит от шума в проекционных данных Как правило, уровень шума выбирается равным 2. . 10 %. Подробно зависимость Д, и Дг от числа ракурсов для различных значений шума исследовалась в [63]. Для итерационных алгоритмов аналогичные оценки приведены в 2 4, [c.138]

Рассмотрим схему оптического томографа, который может быть применен в указанном случае [130]. В оптической схеме данного устройства реализуется алгоритм фурье-синтеза. На рис. 4.17 представлена схема оптического аналогового томографа. Излучение от лазера 1, попав на светоделительную пластинку, разделяется на две части, одна из которых проходит систему формирования опорного пучка 2 и попадает на регистратор 7, а другая проходит оптическую систему, формирующую световой нож 3, и падает на исследуемый объект 4, который описывается пространственным распределением показателя поглощения К(х,у,г). Ориентация координат указана на рис. 4.17. Цилиндрическая линза 5, образующая которой параллельна оси г, выполняет над падающим излучением (проекцией К(р,ц>)) одномерное преобра- [c.145]

Другой важной задачей оптической томографии, рассмотренной в книге, является построение оптических вычислительных машин, позволяющих восстанавливать томограммы по результатам зондирования оптическим или неопгическим излучением. Такие оптические процессоры, более быстродействующие и экономичные, позволяют решить задачу автоматизации томографических исследований для различных видов проникающего излучения (рентгеновского, звукового (УЗВ), СВЧ и т. д ) Это дает возможность широко внедрить методы томографии в народное хозяйство, что существенно повысит возможности контроля качества самой различной продукции. Так, применение рентгеновских и УЗВ-томо-графов в сочетании с оптическим процессором позволит автоматизировать процесс поиска скрытых дефектов в крупных отливках (корпуса котлов, трубы большого диаметра и т. д.). Трудно даже перечислить все многообразие объектов исследования (от тысячетонных стальных конструкций до сыра), оперативный контроль которых томографическими методами позволит повысить их качество. [c.4]

В заключение заметим только, что в задачах оптической томографии при огромном многообразии исследуемых объектов и схем сбора данных поиск каких-либо универсальных алгоритмов является слишком сложной задачей. На наш взгляд, поиск в этой области должен быть направлен в сторону разработки таких алгоритмов, которые позволяют, во-первых, привлекать самую разнообразную априорную информацию (иногда плохо формализованную) и, во-вторых, учитывать такие особенности системы регистрации проекционных данных, как малоракурсность, ограниченный угол обзора и т. д. [c.53]

Для оптической томографии представляет интерес рассмотрение фильтра L u,v)— onst. В этом случае формула (2.14) примет вид [c.60]

Методами оптической томографии исследуются те объекты, которые вызывают модуляцию зондирующего их излучения оптического диапазона. При этом модуляции может быть подвержена любая из характеристик монохроматической световой волны — амплитуда, фаза, вектор поляризации В зависимости от вида модуляции оптическую томографию можно разделить на абсорбционную, интерференционную, поляризационную К оптической томографии относится также эмиссионная томография оптического диапазона, которая оперирует интенсивностью излучения Модуляцию зондирующей световой волны вызывают оптические неоднородности объекта — пространственные изменения коэффициента поглощения, показателя преломления, величины двулучепрелом-ления [c.72]

В [73] описан интерференционный оптический томограф также на базе интерферометра Маха-Цендера, который используется для определения двумерных температурных полей в поперечных се-ченняч пламени горелки Интерферограммы автоматически анализируются линейкой из 1024 фотодиодов Количество интерферограмм-проекций в эксперименте равно восьми Интерферограммы записываются на магнитный диск и обрабатываются на ЭВМ для извлечения информации об оптической длине пути по интерактивной программе, использующей синусоидальную зависимость интенсивности света на интерферограмме и точное определение величи- [c.77]

В настоящем параграфе подробно обтановимся на оригинальной схеме, которая получила название оптического томографа с веерным зондирующим пучком и описана в [85]. [c.89]

Рис. 3.11. Оптический томограф на эффекте фотоупр)тости

Оптическая томография применяется для визуализации акустического поля ультразвуковых излучателей 1101], которые широко используются в неразрушающей дефектоскопии и медицине. В даннсп работе различные проекции акустического поля получаются за счет вращения излучателя в плоскости верхней грани звуко-провода вокруг заданной оси. Зондирующий лазерный пучок света, ось которого перпендикулярна этой оси, испытывает дифракцию на исследуемом акустическом поле. Проекция акустического поля, как >1 Само поле, является комплексной функцией. Амплитуда проекции пропорциональна параметру Рамана—Ната, который в свою очередь определяется из интенсивности дифрагированною света. Поэтому в [101] предлагается амплитуду проекционных данных извлекать из распределения интенсивности света в изображении нулевого порядка дифракции. Однако фазу проекции акустическо- го псля получить из этих измерений нельзя. Для ее восстановления в работе используются различные итерационные алгоритмы типа -алгоритма Гершберга. После реконструкции фазы проекции про- [c.103]

До сих пор мы рассматривали применения оптической томогра- 4>ии, в которых излучение оптического диапазона использовалось для внешнего зондирования различных объектов и процессов. I Однако существует довольно широкий класс задач, в которых сам I исследуемый трехмерный объект излучает свет и по нему требу-Iется определить пространственное распределение яркости или ин-тенсивности излучения объекта. Эти задачи относятся к так лазы-ваемой эмиссионной оптической томографии. [c.103]

Другой задачей, относящейся к эмиссинной оптической томографии, является изучение объекта с помощью спутниковой фотометрии. В [103] предложено использовать томографические алгоритмы типа алгоритма Кормака при восстановлении двумерного пространственного распределения коэффициента объемной эмиссии для оптического излучения в верхних слоях атмосферы по измерениям яркости свечения, выполненным вращающимися орбитальными спутниками. В работе приведены результаты численного моделирования предложенного метода и томографической обработки данных реальных спутниковых измерений. [c.105]

Оптический томограф для исследования амплитуднофазовых объектов [c.142]

На рис. 4.16 представлена схема пятиракурсного продольного -оптического томографа. Для стационарных объектов в качестве источника 1 используется непрерывный лазер, для динамических объектов — импульсный рубиновый лазер. Частично прозрачное зеркало 2 делит излучение источника на предметный и опорный пучки, причем последний, пройдя через линию задержки 3, оборачивающее зеркало 4 и расширитель 5, попадает на регистратор 19. Предметный пучок после расширителя 6 и зеркала 7 попадает на объект 8 под углом первого ракурса фь а после зеркал 9 и 10 — под углом второго ракурса фг. Направления ракурсов выбраны симметрично относительно оси л ( ф] = ф2 ), что позволяет при переходе от первого ко второму ракурсу не выполнять операцию растяжения. Между зеркалами 11 и 13 размещается цилиндрический расширитель 12, состоящий из двух цилиндрических линз и выполняющий операцию растяжения между вторым и третьим ракурсом. После третьего и четвертого ракурсов ( фз = ф4 ) излучение попадает на второй цилиндрический расширитель 18, производящий операцию растяжения перед пятым ракурсом. Направление последнего, пятого, ракурса определяет ориентацию визуализируемого сечения. На схеме визуализируемое сечение находится в плоскости хОг. Совмещение центров проекций достигается юстировкой зеркал 7, 9 11, 13—17, проводимой таким образом, что оптические оси всех пяти зондирующих пучков пересекаются в одной точке. [c.144]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...