Оптические голографические приборы - Морозов А.М.
ISBN 5-217-00074-0
Скачать (прямая ссылка):
Голографический способ получения согласованного пространственного фильтра позволяет сохранить фазовую информацию об объекте, с которым он согласован (по которому он изготовлен), и резко снизить уровень паразитных световых сигналов. Схема получения голографи-ческого согласованного фильтра пространственных частот представлена на рис. 16. В частотной плоскости 2 по-преж-нему образуется Фурье-образ транспаранта, помещенного в плоскость 7, но в результате интерференции с когерентным фоном, создаваемым с помощью оптического клина К, в частотной плоскости 2 образуется голограмма, которая, как уже отмечалось, называется голограммой Фурье.
Рис. 16. Получение голографического фильтра и распознавание образов
Голограмма Фурье является оптимальным пространственным фильтром. Такой фильтр обладает свойством распознавать тот транспарант, с которого фильтр был изготовлен, создавая в плоскости изображения яркие точки — оптические сигналы опознавания. Для этого транспарант помещают в фокальную плоскость линзы Jll слева (плоскость /, см. рис. 16), а по другую сторону линзы, также в фокальной плоскости (частотная плоскость 2) устанавливают голографический пространственный фильтр какой-либо его части. Если теперь транспарант осветить когерентным светом, то в середине фокальной плоскости 3 линзы Л2 (за счет нулевого порядка) можно по-прежнему 52 наблюдать практически неискаженное изображение транспаранта, а в изображении первого порядка (точки А и В) — яркие пятна опознавания, координаты которых соответствуют распределению по транспаранту тех его деталей, с которых снят голографический фильтр.
Голографические пространственные фильтры используют в голографических устройствах распознавания образов и в устройствах оптической обработки информации. Этот метод опознавания тем надежнее, чем сложнее объект, который надо распознавать.
Улучшение качества оптических изображений. Голо-графический метод исправления изображений путем исключения аппаратной функции также основан на принципе обратимости опорной и объектной волн. Для изготовления голографического пространственного фильтра в плоскость I (см. рис. 16) помещают транспарант изображения объекта, которое построено оптической системой (ее аппаратную функцию). Голограмму по-прежнему регистрируют в частотной плоскости 2 и после проявления помещают на прежнее место. Затем в плоскости 1 устанавливают транспарант, подлежащий исправлению, а пучок, служивший опорным при записи голографического фильтра, перекрывают. Вследствие фильтрации в плоскости 3 образуется исправленное изображение транспаранта.
Действие этой системы можно объяснить, рассматривая неискаженный транспарант как совокупность светящихся точек, а изображение, искаженное оптической системой и подлежащее исправлению, — как совокупность светящихся пятен, созданных наложением кружков рассеяния (аппаратных функций) этой оптической системы.
Голографический пространственный фильтр преобразует каждый из таких кружков в точку опознавания.
С помощью описанных голографических пространственных фильтров решено большое количество технических задач по улучшению качества изображения: повышению контраста, устранению дефокусировки. Одним из наиболее аффективных применений метода явилось улучшение изображений в электронном микроскопе. Улучшенные изображения имели высокий контраст и разрешение, близкое к предельному.
Ш 2. Голографические компенсаторы
ff. .
|jj Голографические компенсаторы, также как гологра-
ческие пространственные фильтры, применяют для
1 53 коррекции оптических изображений. Голографические компенсаторы позволяют реализовать метод коррекции изображений, основанный на использовании сопряженной волны, образующей действительное изображение объекта. Не вдаваясь в подробности понятия «сопряженная волна», отметим лишь, что при совмещении действительного изображения искажающего элемента с самим этим элементом происходит восстановление первоначальной формы световой волны и получается неискаженное изображение наблюдаемого объекта. Искажающим элементом мо,жет быть линза, рассеиватель типа матового стекла или турбулентная атмосфера.
Впервые метод коррекции изображений с помощью голографических ^ компенсаторов был применен для коррекции линзовых аберраций. Так, на этапе изготовления голографического компенсатора на фотопластинке Ф получают голограмму искажающего элемента — аберрационной линзы Л (рис. 17, а). При компенсации аберраций (рис. 17, б) голограмму Г располагают по отношению к линзе в том же положении, как и при регистрации, и через нее осуществляют наблюдение
Рис. 17. Метод коррекции изображений с помощью голографического
компенсатора:
а — схема получения голографического компенсатора; б — схема компенсации
линзовых аберраций
неискаженного изображения объекта. Тогда свет от объекта О дифрагируется голограм мной решеткой и волна соответствующего порядка формирует свободное от аберраций изображение объекта О'. Действие такой схемы нетрудно объяснить исходя из принципа взаимности опорной и объектной волн. Если осветить голо-
