Устройство мультиплексной записи и восстановления изображений

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК Н 1/00 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ЙВЙЦ е "ьфЯ К АВТОРСКОМУ С ТЕЛЬСТВУ(46) 07,07,84. Бюл. У 25 (72) В.Г. Гусев и Ю.Д. Копытин (71) Институт оптики атмосферы Сибирского отделения АН СССР(54)(57) УСТРОЙСТВО МУЛЬТИПЛЕКСНОЙ ЗАПИСИ И ВОССТАНОВЛЕНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЙ, содержащее последовательно расположенные источник когерентного света, окуляр, объектив, диффузный рассеиватель, диапозитив, держатель с установленной в нем фотопластинкой, диафрагму, канал формирования опорного пучка, регистратор, устройство перемещения и канал формирования восстанавливающего пучка, о т л и ч а ю " щ е е с я тем, что, с целью увеличения числа записанных изображений без снижения отношения сигнала к шуму при восстановлении, диффузный рассеиватель расположен на устройстве перемещения и в его поперечной плоскости, при этом диапозитив размещен вплотную к диффузному рассеивателю, а регистратор изображения диапозитива размещен от фотопластинки на расстоянии, равном расстоянию от диффузного рассеивателя до фотопластинки при записи, причем диафрагма установлена от фотопластинки на расстоянии 1, = 1 -Цфм-, где 2 - расстоя 9.ние от диффузного рассеивателя до фотопластинки; 2 - фокусное расстояние объектива; Ь - расстояние между задней фокальной плоскостью окуляра н передней фокальной плоскостью объектива.Изобретение относится к устройст- , вам голографической записи и восстановления иэображений и может быть использовано для записи и хранения голографической информации. 5Известно устройство мультиплексной записи и восстановления изображений, с помощью которого на Фотопластинке с использованием опорного пучка записывается голограмма изображения 1 О диапозитива, затем изменяют угол падения опорного пучка на Фотопластинку и записывают на ней же голограмму иэображения другого диапозитива и т.д, При восстановлении записи вы деление изображений осуществляют с/ помощью восстанавливающего пучка., Если он падает на голограмму под тем же углом, что и опорный пучок при записи, то выделяется соответствуюиее изобовиевие диапозитива 11,Недостаток устройства - малое число записанных изображений без снижения сигнала к шуму при восстановлении. Для одного опорного пучка записывается одно изображение диапозитива. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является уст 30 ройство мультиплексной записи и восстановления изображений, содержащее последовательно расположенные источник когерентного излучения, окуляр, объектив, диффузный рассеиватель, диапозитив, держатель с установленной в нем фотопластинкой, диафрагму и регистратор. Когерентное излучение, расширенное коллимирующей оптической системой из окуляра и объектива, параллельным пучком эа счет совпадений задней фокальной плоскости окуляра с передней фокальной плоскостью объектива освещает диффузный рассеиватель, расположенный вплотную к объективу, Рассеянное излучение освещает диапозитив и вплотную расположенную к нему фотопластинку. На фотопластинке регистрируется изображение диапозитива при нескольких одинаковых экспозициях 50 с одним и тем же поперечным смещением Фотопластинки между каждыми двумя последовательными экспозициями, затем повторяются эти операции с другими диапозитивами на той же не 55 проявленной фотопластинке с другими величинами смещения между каждыми двумя последовательными экспоэнциями. После проявления просвечиваютфотопластинку и положительную линзу,установленную эа ней, когерентнымпараллельным пучком, а в фокальнойплоскости линзы на интерференционнуюполосу многоэкспоэиционной спеклинтерферрограммы устанавливают щелевую диафрагму, с помощью которойфильтруют соответствующее даннойинтерференционной полосе изображениедиапозитива в плоскости иэображениялинзы, предметной плоскостью длякоторой является плоскость Фотопластинки 2.Недостаток укаэанного устройствамалое число записанных изображенийбез снижения сигнала к шуму при восстановлении. В известном устройстве,основанном на многоэкспозиционнойспекл-интерферометрии, ограниченныйдинамический диапазон фотоэмульсиипластинки ограничивает число экспозиций и, как следствие последнего,число записанных иэображений.Целью изобретения является увеличение числа записанных изображенийбез снижения отношения сигнала к шуму при восстановлении,Поставленная цель достигается тем,что в устройстве мультиплексной записи и восстановления иэображений,содержащем последовательно расположенные источник когерентного света, окуляр, объектив, диффузныйрассеиватель, диапозитив, держательс установленной в нем Фотопластинкой, диафрагму, канал формированияопорного пучка, регистратор, устройство к перемещению и канал Формирования восстанавливающего пучка, диффузный рассеиватель расположен вустройстве перемещения и в его поперечной плоскости,.при этом диапозитив размещен вплотную к диффузному рассеивателю, а регистратор изображения диапозитива размещен от фотопластинки на расстоянии, равном расстоянию от диффузного рессеивателядо фотопластинки при записи, причемдиафрагма размещена от фотопластинки на расстоянии Ь = 2 -ф 1/, где2 - расстояние от диффузногорассеивателя до фотопластинки; Г - фокусное расстояние объектива; Ьрасстояние между задней фокальнойплоскостью окуляра и передней фокальной плоскостью объектива,На чертеже изображена схема устройства.3 110Устройство состоит из установленных последовательно лазера 1, окуляра 2, объектива 3, диффузного .рассеивателя 4 с устройством 5 его перемещения,диапозитива б,фотопластинки .7,щелевой диафрагмы 8, регистратора 9 изображений, канала 10 опорного пучка и канала 11 восстанавливающего пучка. 6 - угол освещения фотопластинки 7 опорным пучком из 1 О канала 10.Устройство работает следующим образом.Излучение лазера 1 проходит через окуляр 2 и объектив 3. Сходящийся 15 световой пучок освещает вплотную расположенный к объективу 3 диффузный рассеиватель 4 и диапозитив 6, расположенный вплотную к диффузному рассеивателю 4. Радиус кривизны К щ светового пучка в плоскости объектива 3 определяется по формуле К = 1 /д , где Е - фокусное расстояШдИние объектива 3, д - расстояние между задней фокальной плоскостью оку ляра. 2 и передней фокальной плоскостью объектива 3. Рассеянное излучение за диапозитивом 6 в плоскости фотопластинки 7 является предметной ВОлнОЙ и с помощью Опорного плоско 330 параллельного пучка из канала 10 на фотопластинке 7 записывается голограмма первой экспозиции. Перед второй экспозицией диффузный рассеиватель 4 с помощью устройства 5 перемещается в поперечной плоскости на величину35На эту же величину 3 диффузный рассеиватель 4 перемещается и перед последующими экспозициями. Число экспозиций И для одного диапозитива определяется из условия (0-1)3, где- радиус корреляции неоднородностей диффузного рассеивателя 4. Затем повторяется запись для других диапозитивов 6 с другими, величинами перемещений диффузного рассеивателя 4 между экспозициями. При восстановлении записи в (+1) порядке дифракции с помощью плоско- параллельного пучка из канала 11 изображения, записанных диапозити-.вов 6, регистрируются регистратором 9 в плоскости действительного иэображения, находящейся на расстоянии от фотопластинки 7, равном расстоя нию от диффузного рассеивателя 4 до фотопластинки 7 при записи. Много- экспозиционная голографическая ин 1779 4терферограмма локализуется передплоскостью действительного изображения на расстоянии, равном радиусукривизны освещающего диффузныйрассеиватель 4 сходящегося световогопучка, т.е. на расстоянии Ь=-Йфдй/дот плоскости фотопластинки 7, где2 - расстояние от плоскости фотопластинки 7 до плоскости действительного изображения. С помощью целевой диафрагмы 8, установленной наинтерференционную полосу в плоскости действительного изображения выделяется изображение диапозитива 6,которому соответствует эта интерференционная полоса.Для мнсгоэкспозиционной голографической интерферограммы по сравнениюс многоэкспозиционной спекл-интерферограммой отсутствует ограничениена число экспозиций из-за ограниченного динамического диапазона фотоэмульсии пластинки, что позволяетувеличить число записываемых изображений для одного опорного луча в предлагаемом устройстве.Физическая сущность предлагаемогоустройства заключается в следующем,Пусть излучение лазера в плоскостиокуляра с фокусным расстоянием Еимеет единичную амплитуду, тогдакомплексная амплитуда волны непосредст енно за плоскостью окуляра (х 1 у 1)- имеет вид Й , где 3 - длина ;волны лазера. Если (х,у,) - плоскость объектива, то комплексная амплитуда поля в плоскости (х,у,) без учета постоянных множителей, не ,оказывающих влияние на результаты расчета, равна- (х н )ф -1 - хи 2 2 1 2 2ц 1йх Чд ЦехСОлИе. х,.к 1 Ч, ц,1 ;и 2 2, Я(Х 2 ФЧ )Мд+ЪЦЬ д+Ы 1(Ъ д 1 ЪТаким образом, непосредственно эаобъективом получают сходящуюся волну(на что указывает знак в экспонате) радиуса кривизны К =Иод)/д(еслиб= О, т,е. задняя фокальная плоскостьокуляра совпадает с передней фокаль 1101779ной плоскостью объектива, получают К= ,если отрицательно, то волна будет расходящейся.При многоэкспозиционной записи одного диапозитива путем последова тельного перемещения диффузного рассеивателя между экспозициями на величину 3 восстановления интерференционная картина в плоскости локализации, находящейся на расстоянии К 0 от плоскости действительного изображения, представляет собой узкие прямые интерференционные полосы, периодическичередующиеся в направлении смещения диффузного рассеива теля. Период чередования интерференционных полос Ь х - 1, а ширина интерференционных полос 3 х =4 "(1 следовательно промежуток между полосами в Б/2 раз шире, чем интерфе ренционная полоса, и в таком промежутке можно еще разместить 2- 1) интерференционных полос ог других диапозитивов так же,как это выполняется в известном устройстве. Но в 25 нем число экспозиций И мало из-за малости динамического диапазона фото1эмульсии, а .в голографии эа счет наличия опорного луча это ограничение снимается (аналогом голографии ЗО является линейное детектирование с использованием гетеродина, а спеклинтерферометрии - квадратичное детектирование).В эксперименте, реализующем предлагаемое устройство, использовался Не-Ме лазер на 0,6328 мкм, В качестве диффузного рассеивателя использовалось матовое стекло из комплекта оптической скамьи с измеренной вели О чиной= 150 мкм. Для проверки работоспособности устройства первоначально было выполнено 16 экспозиций с шагом 10 мк, а затем 16 экспозиций с шагами соответственно 7,5 и 5 мкм. При восстановлении интерферограмма локализовывалась в указанном расчетном месте и хорошо выделялась область непрерывающихся интерференционных полос, пригодная для фильтрации с помощью щелевой диафрагмы. технико-экономическая эффективность предлагаемого устройства по сравнению с известными заключается в увеличении числа записанных изображе 55 ний без гниения отношения сигнала к щ;му при восстановлении. В базовом ;, тр,ис"тн апнснвается изображение диапозитива на фотопластинке в пределах одной области фотопластинки сиспользованием одного опорного пучка, затем изменяют угол падения опорного пучка и в пределах той же области фотопластинки записывается изображение другого диапозитива. Чтобы при восстановлении первым опорным пучком восстановленное второе изображение, рассматриваемое как помеха, не перекрывало первое изображение даже частично, что снижает отношение сигнала к шуму, изменение угла адения опорного пучка при записи второго изображения должно быть достаточным, чтобы помеха даже частично не перекрыла восстанавливаемое изображение.Таким образом, величина изменения угла падения опорного пучка определяется пространственным размером диапозитива. Число опорных пучков, которые можно использовать для записи изображения помимо этого ограничивается величиной разрешения фотопластинки, которая не позволяет записать голограмму при больших углах падения опорного пучка, Итак, число записываемых изображений определяется числом опорных пучков, а число последних для записи и восстановления без сниженияотношения сигнала к шуму, определяется изложенными фактами.Таким образом, дальнейшее увеличение числа записываемых и восстанавливаемых без снижения отношения сигнала к шуму изображений в пределах одной и той же.области фотопластинки может быть достигнуто, если будет найден метод записи с одним опорным лучом не одного, а нескольких изображений и обеспечены условия вьщеления этих изображений без снижения отношения сигнала к шуму при восстановлении исходным опорным пучком, Эта задача и решается предлагаемым устройством. физические пределы возможностей предлагаемого устройства заключаются в следующем, Если в качестве диффузного рассеивателя использовать матовое стекло из комплекта оптической скамьи, то измеренный для него радиус корреляции неоднородностей составляет 150 мкм. Для такого радиуса корреляции получено экспериментально число экспозиций для одного диапозитива при величине понеречного смещения 3 = 10 мкм, равное 16,1 01779 Составитель В. АджаловТехред Л.Микеш Корректор А. Власенко Редактор Р. Цицика Заказ 4762/30 Тираж 464 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5филиал ППП "Патент", г, Ужгород, ул. Проектная, 4 Это дает возможность при такихусловиях записать максимально безснижения отношения сигнала к шумупри восстановлении еще 7 диапозитивов. Интерферограмма от 9 диапоэи-5тива обязательно наложится на кэкую-тоиз предыдущих и не обеспечится условие чистой фильтрации всех изображений. Если базовый объект обеспечи. вает возможность записи 10 диатэи. тивов, для которых используется 10опорных лучей, то следовательно,;применяя,предлагаемое устройство,для каждого из опорных лучей можнозаписать еще 7 диапозитивов, обеспечив при восстановлении фильтрациюбез снижения отношения сигнала.к шуму, и общее число записанных изображений составит80,С другой стороны, пространственный размер одного диапозитива может быть достаточно большим, таким что можно только в базовом устройстве записать и восстановить без снижения отношения сигнала к шуму одно изображение, а предлагаемое устройство .обеспечит тогда запись 8 диапозитивов, В общем число возможно записанных изображений в предлагаемом устройстве определяется радиусом корреляции неоднородностей диффузного рассеивателя и минимально возможной величиной поперечного смещения.Таким образом, предлагаемое устройство мультиплексной записи и восстановления изображений позволяет уве - личить число записанных и восстановленных изображений без снижения отношения сигнала к шуму.