Устройство для записи объемного изображения объектов

Оп ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(51)М. Кд, С 03 Н 1/04 Гееударетвеввва квмктет СССР Пе лелам мзебретевий и еткрытий(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАПИСИ ОБЪЕМНОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ ОБЪЕКТОВ Изобретение относится к объемной фотографии, объемной кинематографии и голографии при последующей голографической печати и воспроизведении.5 аВ современной объемной фотографии, кинематографии и в других областях применения объемного изображения известны устройства для получения объемного изображения объектов, содержащие объектив, изготовленный на основе сферических поверхностей, линзовый растр со сферическими или цилиндрическими элементами и фото- слой. В этих устройствах растр помещается непосредственно в плоскости изображения снимаемого объекта, фотослой помещается или в плоскости микроизображений, формируемых линго зовыми элементами растра, или в фокалаиой плоскости растра 11.Однако поскольку наблюдение снятого объемного изображения ведется через растр, то максимальное значение разрешающей способности не превышает величины ( 2 с) ", где с - шаг растра, Это объясняется тем , что из-за ограниченного зрачка глаза человека в каждой данной точке наблюдения зрачок глаза покрывается световым конусом лучей, сформированного только одной точкой микроизображения, расположенного за данной сферической линзой растра. Поэтому каждая линза растра представляется наблюдателю равномерно светящимся элементом изображения, причем яркость этого элемента пропорциональна коэффициенту пропускания фотослоя той точки микроизображения которая на 7ходится на оси глаз - линза растра,Вследствие перечисленных выше причин объемное изображение имеет ярко выраженную растровую структуру,Кроме того, глубина резко изображаемого пространства, определяемаяпо уровню разрешающей способности порядка (.2 С), ограничена падением разрешающей способности по мере удаления наблюдаемого сечения объемногоизображения от плоскости растра,Разрешающая способность для сечения объемного изображения, находящегося вне плоскости растра, определяется числом линзовых элементов,через которые из данной точки наблюдения видно это сечение, т,е, вели"чина разрешающей способности падаетс увеличением расстояния между растром и наблюдаемымсечением объекта,Это падение разрешающей способностис расстоянием и является тем фактором, который ограничивает глубинурезкости изображения.Ввиду того, что носителем объемного изображения является моноблок,состоящий из растра и фотослоя, прикопировании объемных изображений число используемых растров должно бытьравным числу копий.Кроме того, при изготовлении моноблока необходимо точное совмещениерастра и фотослоя с записанным объемным изображением, что приводит кзначительным технологическим трудностям,Наиболее близким по техническойсущности к предложенному являетсяустройство для записи объемного изоб"ражения объектов, содержащее съемочный объектив, расположенный на оптической оси системы, линзовый растрсо сферическими элементами и расположенный в фокальной плоскости растра носитель записи. Носитель регистрирует за каждой линзой все ракурсы той тоцки объемного изображения, которая находится в непосредственной близости от данной линзы. После химико-фотографической. обработки фотослой носителя записи устанавливают в то же самое положение, что и при съемке и облучают со стороны, противоположной растру, источником когерентного света (лазером), Благодаря тому, что линзовый растр обладает способностью "запомнить" направление падающих на него лучей в том же месте пространства, в котором находился снимаемый объект, возйикает автостереоскопическое изображение объекта съемки, которое регистрируется на голографическую пластинку, помещенную в ту жеменно с полезным объемным изображением восстанавливается изображениерастровой структуры, разрешающаяспособность объемного изображения,так же как и в рассмотренных вышеаналогах, не может превосходить (2 й) ,Кроме того, объемное голографи-40ческое изображение полученное спомощью этого устройства, включаетв себя изображение растра. Таким образом, в конечном изображении присутствует растровая структура, что45приводит к дискретизации объемногоизображения, В известном устройственевозможно осуществить уменьшениевертикального размера растра и носителя записи, что очень важно дляцелей киноголографии,Целью изобретения является уве.- личение разрешающей способности иглубины резкости изображения, а также устранения растровой структуры. 5 16 15 20 25 ЗО область пространства, в которой возникает изображение снимаемого объекта и изображение растра, Регистрацияобъемного изображения и изображения растровой структуры осуществляется посредством когерентного опорного пучка,С целью уменьшения формата голограммы объемное изображение, регистрируемое голограммой, может бытьуменьшено посредством дополнительного печатающего объектива, установленного непосредственно перед съемочным объективом.При восстановлении голограммы когерентным светом наблюдатель из зоны видения, которая совпадает с входным зрацком съемочного объектива,может видеть объемное изображениеснимаемого обьекта. , Благодаря тому, что в этом устройстве носителемобъемного изображения является голограмма, один съемочный растр можетобеспечить получение большого количества, копий с различными объемнымиизображениями 12.Однако известное устройство длязаписи объемного изображения не позволяет полуцить одновременно достаточную величину разрешающей способности и достаточную глубину резкости объемного изображения. Ввиду того, цто в этом устройстве одновреПоставленная цель достигаетсятем; что в устройстве для записиобъемного изображения объектов, со9875 10 держащем съемочный объектив, расположенный на оптической оси системы, линзовый растр со сферическими элементами и расположенный в фокальной плоскости растра носитель записи, растр с носителем записи установлен вне плоскости изображения объекта, сформированного съемочным объективом, на расстоянии У , определяемом по формуле 71 6на Г/2 О 2, Для получения аналитической зависимости Х от 2 заметим, чтопри падении на линзу диаметром дсходящегося (или расходящегося) пучка под углом Ч, по законам геометрической оптики кружок расфокусировкид виден из центра линзы под тем жеуглом Ч . Следовательно, справедливо равенство: д/2=ЮГ или К=Н/2.где д - средний диаметр линзы растра;Г - среднее фокусное расстояниерастра;Й - средняя величина разрешаюлщей способности системы линзы растра - носитель записи,взятая по уровню визуальноразличимого контраста,Предложенное расположение растра с носителем записи отличается 25от известного тем, что позволяетпроизвести на стадии голографической печати оптическое разделение полезного объемного изображения и мешающего наблюдению растровой структу- з 0ры. Это связано с тем, что на стадииголографической печати голограмма,так же как и в известном устройстве,совмещена с объемным изображениемснимаемого объекта, а изображениерастра при голографической пецатиоказывается разделенным с изображением снимаемого объекта, так каконо было отделено от изображения объекта на стадии съемки. 40Получим аналитическую зависимостьразрешающей способности от расстояния для предлагаемого устройства ианалитическую зависимость для расстояния 2, При регистрации устройством пары точек, разделенныхтаким же по размерам, как и точкипромежутком, и принятым нами за элемент разрещения, в плоскости фотослоя(фокальная плоскость растра) зарегистрируется два кружка расфокусировки диаметром д и расстоянием междуцентрами 2 6В пространстве изображений этим кружкам расфокусировки нарасстоянии 2 от плоскости растра со 1 55ответствует размер элемента Ь, Поэтому очевидно равенство Г/2 К=фД или=2 д 2/Г, Естественно, что разрешающая способность системы Й =1/А рав Однако, при 2 меньшим 2 =659 величина д остается постоянной, К=,=(Р/5)Г, т.е, занимает всю площадьмикрокадра и величина Й =0,5 сф -1При увеличении 2; величина Й (поуровню величины контраста К=0,25)остается постоянной и равной 0,8 д 1.При 2 =ОГ/М, где М - ширина функциирассеяния точки системы, величинад стремится к М, и при 2 большим 2д =М=сопзй, а величина Й становитсяравной Г/И 2, Переходя от М к величине разрешающей способности системылинза - фотослой, получим 2;-1,25 дГЙ .Очевидно, что 2 - то максимальноерасстояние, при котором Й все ещене падает и остается на высоком уровне относительно уровня разрешающейспособности Й при 2=0, который характерен для прототипа и для любойрастровой съемки, без устранения растровой структуры,Естественно, что увеличение разрешающей способности влечет за собой и увеличение глубины резко передаваемого пространства.На фиг. 1 приведено устройствозаписи объемного изображения объектов с использованием растра со сферическими элементами; на фиг, 2устройство в режиме перепечатки объемного изображения на голограмму;на фиг. 3 - то же, в режиме восстановления объемного изображения с голограммы.Устройство записи объемного изображения объектов (фиг, 1) имеет съемочный объектив 1, расположенныйна оптической оси системы, линзовый растр 2 со сферическими элементами. В фокальной плоскости растра2 помещен носитель 3 записи, Линзовый растр 2, установленный на расстоянии 2 л, от изображения 4 снимаемогообъекта 5, может располагаться какперед, так и за изображением 4 снимаемого объекта 5.Носитель 3 записи располагаетсяв фокальной плоскости растра 2 с45 50 той стороны растра 2, которая противоположна объективу 1,Устройство работает следующим образом,Съемочный объектив 1 строит нарасстоянии Е,и изображение 1 объекта5, Объект 5 расположен от съемочногообъектива 1 на расстоянии , Съемка объектива 5 производится в любом актиничном для носителя 3 записи свете. Линзовый растр 2 со сферическими линзовыми элементами, расположенный от объектива 1 иа расстоянии 5 в плоскости носителя 3 записи, расположенного в фокальной 15плоскости растра 2, формирует множество ракурсных изображений объекта 5, которые регистрируются носителем 3 записи. В режиме голографической печати (фиг, 2) носитель 3 20записи с позитивными ракурсными изображениями помещается в устройство вто же самое положение, что и присъемке и освещается пучком 6 когерентного света, 25Система растр 2 - носитель 3 за 1писи на расстоянии 3 от плоскостирастра 2 формирует объемное растровое изображение 7 снимаемого объекта 5Схемочный объектив 1 пере- З 0носит изображение 7 в ту же областьпространства, в которой находилсяобъект 5 при съемке. Сформированноесистемой носитель 3 записи - растр2 - съемочный объектив 1 изображение8 снимаемого объекта 5, которое посвоим геометрическим параметрам иположению в пространстве тождествен/но снимаемому объекту 5, фиксируется на голограмме 9, расположеннойв том же места пространства, что иизображение 7, опорным пучком 10.1Точка Р растра 2, находящегося нарасстоянии 5 от съемочного объектива 1, переносится этим объективом1 на расстояние 5", оптически сопряженное с расстоянием 5. Таким образом, изображение растровой структуры 11 пространственно разделено сизображением 8 объекта 5 съемки,В режиме восстановления голограммы 9 (фиг. 3) пучком 12 некогерентного света восстанавливается голографическое изображение 13 объекта5, так. же как и голографическое55изображение 11 растровой структуры 11. Изображейие 1 ч размывается, пропорционально удалению точки изоб 71 8ражения Р от плоскости голограммы 9,1Ввиду тоГо, что наиболее удаленнаяточка А снимаемого объекта 5 находится значительно дальше от гойограммы 9, чем точка Р изображения 11 растровой структуры, голографическое изображение растра 1 ч получается значительно более размытым, чем изображение 13 объекта 5. Подбирая параметрывосстанавливающегося пучка 12, можно добиться того, что величина оРразмытия 15 точки Р окажется большей, чем приведенное значение (5 //5)т. шага растра 2 и дискретнаяструктура растра 2 исчезнет,Пучок 16 лучей, формирующий изображение д А точки А, формирует зону1 7 видения, которая эквивалентнапо своему пространственному расположению зрачку съемочного объектива 1,Наблюдатель 18, находясь внутри зоны 17 видения на расстоянии 2 отголограммы 9, видит изображение 13снимаемого объекта 5 без растровойструктуры,Использование предлагаемого устройства для записи объемного изображения обеспечивает следующие преимущества: возможность получениявысококачественного цветного объемного изображения с большими значениями разрешающей способности и глубины резко передаваемого пространства с устранением. растровой структуры, повышение разрешающей способности и глубины резко передаваемого пространства позволяет перейтик использованию значительно болеетехнологичных в изготовлении крупноструктурнйх растров, а также появляется возможность перехода на стандартные цветные обратимые фото- икинопленки на стадии записи, чтопозволяет включить линзо-растровуюсъемку в систему профессионального голографического кинематографа;при отказе от регистрации вертикальных параллаксов при использованиирастра с цилиндрическими линзовыми элементами возможно значительноуменьшение вертикального размеракадра при записи, например, за счетвведения между обычно используемымв этом случае щелевым объективом ирастром анаморфотной насадки,Формула изобретенияУстройство для записи объемного изображения объектов, содержащее10 987571 съемочный объектив, расположенный на оптической оси системы, линзовый растр со сферическими элементами и расположенный в фокальной плоскости растра носитель записи, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью увеличения его разрешающей способности и глубины резкости изображения, а также устранения растровой структуры, растр с носителем записи установлен вне плоскости иэображения объекта, сформированного съемочным объективом, на расстоянииопределяемом по формуле2 м = 1 ф 251лф где д - средний диаметр линзы растра,Г - среднее фокусное расстояниерастра; В - средняя величина разрешаюлщей способности системы линза растра - носитель записи. 5 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Дудников Ю.А, О расчете схемы 1 ц получения интегральных фотографийсмешанным. способом, - "Оптикомех. пром-ть", 1974, И 8, с. 13"1752, Комар В.Г, О возможности создания театрального кинематографа с цветным объемным изображением, "Техника кино и телевидения", 1975, У 4, с. 31 - 39 (прото- Щоое аказ илиал ППП атент , г. жгород, ул, роектн 300/3 ч ираж 471 ВНИИПИ Государстве по делам изобрет 113035) Москва, Ж Подпи ного комитета ССС ний и открытий 5, Раушская наб