Способ синтезирования объемного изображения объекта

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик нц 930212(23) Приоритет 6 03 Н 1/08 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(088. 8) Опубликовано 2 105,82, Бюллетень М 9 19 Дата опубликования описания 23.05.82) СПОСОБ СИНТЕЗИРОВАНИЯ ОБЪ ИЗОБРАЖЕНИ Я ОБЪЕКТА ОГО я к г голо дставл. 25 атком указанного сп наличие в схеме его емецающихся злемент к ухудшению качеств Н едостявляетсязации петри водиткения. собареалив, чтоизобр 0 Изобретение относитс олографии и предназначено для графического трехмерного пре енияинформации.Известен голографический способсинтезирования объемного изображения путем освещения диффузным когерентным светом транспаранта на котором зарегистрировано сечение трехмерной сцены, голографической записипрошедшего транспарант излучения наотдельную голограмму, последовательного повторения указанных операцийдля всех транспарантов набора с однии тем же волновым опорным Фронтом,причем каждый транспарант устанавливают при записи на соответствующемрасстоянии от фоторегистратора, ипропускания через поле зрения сериитаких голограмм в количестве и соскоростью достаточными для того, чтобы благодаря инерции зрения глазвоспринимал стационарное трехмерноеизображение (13,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 ре гистратор с опорным сферическим в вым Фронтом с переменным радиусом кривизны, и в последующем восстан ленин изображения 121.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 голограммЦель 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 транспараи 930212О тх(екр(-кифи.х/хзххп.опгде ). - волновое чи ие/ л и При восстановлен функции, характери циент пропускания, вид олограми в й ее козффи ение имеет ую зн р( хх,з/) р (ехр(кр 1Выражение (2) одится к виду р (,/х,х/( х "(ехр(. ( х з /х/Ххиухз екр(иш,ЭХ тов с иэображениями сечений объекта на один и тот же регистратор с опорным сферическим волноным фронтом с пе- переменным радиусом кривизны, и в последующем восстановлении голограммые записывают диффузный Фурье-спектр 5 каждого транспаранта с опорным волновым фронтом, распределение комплексных амплитуд которого является Фурье-образом сферической волны с переменным радиусом кривизны, а восстанавливают изображения путем обратного Фурье-преобразования волны, полученной при освещении голограммы плоской волной.Способ реализуется следующим об разом.Голографически регистрируется диффузный Фурье-спектр РГ 1(х еу 1-го транспаранта, после которого поле характеризуется функцией .1(хеу)20 Так как опорная волна сходится н точку (или.расходится из точки в зависимости от знака кривизны) в плоскости, расположенной на расстоянии=соя(/);от фурье-плоскОсти траспаранта, то справедливо допустить,. что упомянутая точка является иэображением через оптическую систему, формируюцую Фурье-образ функции транспаранта, некоторой точки, расположен)ной на расстоянии Е. от передней фокальной и/лоскости указанной оптической системы, причем, по правилам геометрической оптики Е.= - й /Ее аотклонение этой точки от оси равно У", =ГЯ 1 п 1 е где Е- главное фокУсное ЗЗ расстояние оптической системы, формирующей Фурье-образ функции транспаранта. Не нарушая обцности рассуждений, можно принять поперечные координаты точки равными х =йя 1 п(; у=0.40 В этом случае распределение комплексных амплитуд ооп поля опорной волны в плоскости записи голограмеь является Фурье-образом распределения комплексных амплитуд поля точечного ис точника н передней фокальной плоскости оптической системы, формируюцей Фурье-образ функции транспаранта, т.е. с точностью до постоянного множителя 50 где: о= )сх/й; х =Г я 1 пр.При освещении голограмы плоской волной, амплитуда которой с точностью до постоянного множителя задана выражением ехр(-1 Ехя 1 пс 1)е восстанавливается волнар(р,/хе) еир ( кХ/х зхеиЩ//ххзхйзхие(ефурье-спектр данной волны описывается выражениемр(р(,хедар(р(екр(.хй/хехх,)фут/е/где: Э - операция свертки,функции, входящие в выражение (5)е упрощаются с учетом масштабных коэффициентов РГЙ 1(хеу.е Е 1(.1 х/х. ейу/К)Р С ЕхР -А Р+Р+Е",. Х;/+",и-ехр /хекхезхх/)хезхеих,где: Г - главное фокусное расстояниеоптической систеьые осущестнляющей обратное фурье-преобразование восстановленной волны,В результате Фурье-спектр восстановленной волны имеет нид с точностью до постоянного множителяр, (к и/и, р, з/Х) е ехр хр и ./хй ихизи их)//ххзих к их /хиФактически выражение (б) означает, что изображение 1-го транспаранта формируется на расстоянии Е, от частотной плоскости оптической системы, осуце ствл яющей обратное преобраэ ование Фурье восстановленной нолны, при этом увеличение изображения транспаранта определяется отношением Й/т. Поскольку и выражении (б) функция объекта Е 1 Г/х Гу/т) свертывается с функцией точечного источникаехр/хйххеуххех)/ххеуееее, взятой беэ обычных приближений, то изображение объекта строится эа оптической системой без аберраций, свойственных голографическому изображению при изменении кривизны восстананлинаюцего фронта относительно опорного, (присутствуют только искажения, вносимые оптикой) и этим достигается поставленная цель понышения качества изображения.На фиг.1 приведена схема регистрации голограмю; на фиг.2 - схема восстановления объемного иэображения.Блок устройства, предназначенный для регистрации голограмма (фиг.1), содержит лазер 1, снетоделительное зеркало 2, в объектном пучке поворотное зеркало 3, расширитель 4пучка, диффузор 5, кадровое окно б, пленку 7 с набором изображений сечений, оптическую систему 8,осущест- вляющую преобразование Фурье прошедшего транспарант излучения, фоторегистратор (голограмму) 9, поворотное зеркало 10, расширитель 11 пучка, оптическую систему 125Блок 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. 15На 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 объем. ной сцены на пленке 7. Так как транспарант 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 систеж 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 Е;оп в каждом отдельном акте 40 записи зависит от номера сечения на транспарантеи равна ).;о =соэс/2;= =Е; соэй/Г ,где Е;, Е, Й, А обозначены на фиг.1 и Фиг.2 й 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; = Х /2; . Очевидно, что переменный параметр в выражении дляЕ; и связанный с ним Е;.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 1 освещают голограмму 9. Восстановленную волну преобразует оптическая фурье-система 14 таким образом, что в ее задней Фокальной плоскости формируется Фурье- спектр восстановленной волны. В результате за Фурье-плоскостью (задней фокальной плоскостью) оптической системы 14 формируются неискаженные иэображения сечениЯ объекта П (1=0,1 п) в масштабе Й/Е и с необходимой координатой Е,для каждого сеченияОбъемное изображение из сечений наблюдают справа от крайнего правого изображения сечения вдоль продольной оси Е, 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 изобретенияСпособ синтезирования объемногоиэображения объекта, заключающийся вголографической записи последовательно во времени объектных волн, формирующихся путем диффузного освещениянабора транспарантов с изображениямисечений объекта на один и тот же регистратор с опорным сферическим волновым фронтом с переменным радиусомкривизны, и в последующем восстановлении изображения, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышени я качества объемн ого изображен ия,записывают диффузный Фурье-спектркаждого транспаранта с опорным волновым фронтом, распределение комплексных амплитуд которого являетсяФурье-образом сферической волны спеременным радиусом кривизны, а восстанавливают изображение путем обратного Фурье-преобразования волны,полученной при освещении голограююплоской волной.Источники информации,принятые,во внимание при экспертизе1."Оптическая обработка информации". Под ред. Д.Кейсесенш М., "Мир",1980, с. 290-271.2. Патент СЫА Р 3698787,кл. 350-3.5, опублик. 1970 (прототип).930212 Составитель В.Аджало Техред Ж. Кастелевич аз 34 б 5/60 писное митета СССРоткрытийская наб., д. 4/5 ент Ужгород, ул, Проектная,П фил Редактор Н,Лазаренко 1 ИИПИпо д130 35 Тираж 489сударственногоам изобретенийосква, Ж, Рауш рректор П.давыд