Левин Г.Г., Вишняков Г.Н. - Оптическая томография (1989) (1032160), страница 18
Текст из файла (страница 18)
Обзор работ, в которых голографическая интерферометрия используется как метод регистрации проекций для восстановления томограмм ПРПП, дан в монографии С Динса (121. Наиболее простой способ получения интерферограмм под различными ракурсами заключается в диффузном освещении объекта, например через матовое стекло 1 (рис 3.2,а), и записи двухэкспозиционной интерферограммы 2 Так как диффузное излучение можно рассматривать как набор плоских волн, распространяющихся под различными углами, то таким образом достигается одновременное многоракурсное зондирование объекта 4. Информация о всех проекциях объекта содержится в голографической интерферограмме 2, Для извлечения данных об отдельных проекциях необходимо производить пространственную фильтрацию излучения, восстановленного с интерферограммы.
Угол обзора объекта в данной схеме ограничен и он зависит от расстояния между диффузором 1 и регистратором 2, а также от их поперечных размеров. Более подробно схема с диффузным объектным пучком рассмот- 78 х т 1 Э г) Рис 3 2 Оптические схемы с дяффувором ддя мпогоракурсяого освещения объекта: и — схема с плоским диффузором, б — схема с цилиндрическим диффузором (вид сверху), е — схема с зеркальным конусом н цилиндрическим диффузором (евд сбоку); * — схема с ноиусами в плоским лиффузором (вид сбоку), 1 — диффузор, У вЂ” фотопластин- ка;  — опорный пучок, т — объект рена в [69).
Там же отмечено, что использование схемы регистрации голограмм во встречных (контрнаправленных) пучках позволяет существенно увеличить угол обзора объекта. На рис 3,2,б приведен пример такой схемы из [69), в котором для увеличения диапазона углов зондирования объекта применяется цилиндрический диффузор 1.
С целью увеличения угла освещения объекта используются конические оптические элементы, как отражаюп(ие, так и преломляющие Примеры таких схем, взятых из [37, 7Ф)„приведены на рис. 3.2,в, г. В первой оптической системе (см. рис. 3.2,а) диффузор 1 име- ет цилиндрическую форму. В обоих схемах (см. рис. 3.2,в, г) го- 1 лограммы записываются на цилиндрические регистраторы 2 Во „второй схеме тонкостенный стеклянный конус имеет полупрозрач. иое покрытие, нанесенное на его внутренней поверхности. 79 Общими недостатками описанных оптических схем с диффузным объектным пучком являются трудности в определении углов направлений просвечивания и наличие спекл-шума в восстановленных интерферограммах, что затрудняет их автоматическу ю расшифровку. Следующий класс голографических интерферометров, применявшихся для получения проекций трехмерных фазовых объектов, образуют многоракурсные иитерферометры с независимыми дискрегными каналами зондирования и регистрации.
Эти интерферометры можно различать по способам формирования нескольких световых каналов зондирования из одного лазерного пучка. Для этой цели могут использоваться методы деления пучка как по амплитуде, так и по волновому фронту с помощью светоделителей и зеркал. При многократном делении пучка возникает необходимость в выравнивании оптической длины пути излучения в каждом самостоятельном канале. Это приводит к увеличению габаритов голографических интерферометров, поэтому число ракурсов зондирования в иих не больше шести. Количество регистраторов, а следовательно и опорных каналов, совпадает с числом ракурсов зондирования.
Однако для небольших объектов возможна регистрация всех проекций на одной фотопластинке с одним опорным пучком. В голографических интерферометрах для формирования независимых каналов зондирования используются также голографические оптические элементы. В [691 описано применение фазовоп дифракционной решетки, дающей несколько порядков дифракции, для деления неразведенного лазерного луча на пять каналов. В [75[ описан интерферометр на голограммных линзах для исследования пространственных оптических неодородностей.
Рис. 33. Схема со сканированием зондирующего пучка: ! — лазер; 2 — светоделитель; а. à — вращающиеся зеркала; Е б — голографические оити- ческие злемеитаи б — объект; а — фотопластинка; У вЂ” регистратор проекции ЯО В заключение остановимся еще на одной возможной схеме формирования разделенных по углу каналов зондирования, предложенной в [7!) — схеме со сканированием зондирующего пучка по углу. В данном интерферометре (рис. 3.3) для формирования плоских пучков света н направления их под необходимым ракурсом на объект также используются голографические оптические элементы 4, 6. Изменение ракурса зондирования и регистрация разных проекций происходит последовательно во времени за счет син ронного вращения только двух зеркал 3, 7. Авторы [71) провели модельный эксперимент по диагностике ПРПП цилиндрического стеклянного стержня диаметра 2,2 мм с использованием лишь одного ракурса зондирования, образованного неподвижными зеркалами 3, 7 и голографическими элементами 4, 6.
Объект помещался в кювету с иммерсионной жидкостью и вращался в ней вокруг цилиндрической оси. Было записано 10 интерферограммпроекций для ракурсов зондирования, отличающихся на 36. Интерферометр настраивался на полосы конечной ширины. Извлечение фазовых интегралов из интерферограмм производилось автоматически на ЭВМ по алгоритму, основанному на одномерном преобразовании Фурье интерферограммы вдоль направления, перпендикулярного опорным полосам. Далее каждая из десяти проекций усреднялась со своей противоположной проекцией.
По оставшимся пяти проекциям из диапазона углов в 180' проводилась линейная интерполяция данных по углу до 100 проекций с шагом через 1,8 . Для восстановления томограмм использовался алгоритм ШеппаЛогана с последующей медианной фильтрацией. Сравнение результатов томографического восстановления с данными разрушающего контроля показателя преломления поперечного среза стержня показало их хорошее согласие. 3.2.2. Томоерафические методы, основанные на измерении производной от оптической длины пути Данные методы основаны иа измерения производной от функции ф из выражений (3,8), (3.9), которая для фазовых объектов зависит от изменения оптической длины пути зондирующего излучения.
Иногда величину р называют фазовым сдвигом (набегом) излучения, полученным при прохождении через объект и через невозмушенную окружающую среду. Производная от фазового сдвига ~р определяет наклон волнового фронта или в параксиальном приближении угол рефракции зондирующего излучения. Многообразие методов измерения производной гр определяет большое количество работ по томографическому исследованию ПРПП, в которых эти методы используются при получении проекционных данных.
Возможность восстановления томограмм показателя преломления по производным от фазового сдвига, т. е. по производ- 1 ным от проекций, обусловлена тем, что формула инверсного пре', образования Радона может быть записана в виде (1.25). В [76) рассмотрена возможность. применения различных теневых методов для исследования трехмерных оптических неодно- 8 — ! !87 8! родностей. Амплитудное распределение теневой картины объекта описывается производной от фазового сдвига га вдоль направления, определяемого ориентацией визуализирующих диафрагм и осветительной щели. В работе описан эксперимент по восстановлению распределения тепловых неоднородностей в жидкости, возникающих за счет естественной конвекции над фрагментом радиоэлектронной схемы из 25 тепловыделяющих элементов.
Томограмма восстанавливалась по 17 теневым проекциям по алгоритму, основанному на формуле инверсного преобразования Радона (1.25). Результат томографического восстановления сопоставлялся с дан ными теоретического расчета температуры над источниками тепла. Получено хорошее соответствие геометрии локализации температурных максимумов с расположением тепловыделяющих элементов, а максимальная погрешность определения температуры составила 15 % от средней температуры в сечении объекта. Для визуализации производной от фазового набега применялись также интерферометры дифференциального сдвига.
При исследовании стекловолокон или их заготовок использовались поперечные сдвиговые интерферометры, как классические на основе интерферометра Маха-Цендера, так и голографические. Суть метода сдвиговой интерферометрии заключается в интерференции двух волновых фронтов, полученных из прошедшего через объект поля и смещенных тем или иным способом относительно друг друга на малую величину. Для поперечного сдвига, например, использовалась плоскопараллельная пластина, слегка наклоненная к оптической оси одного из каналов интерферометра Маха-Цендера. В [771 предложен алгоритм вычисления распределения показателя преломления по измерениям производной от оптической длины пути. Для измерения углов отклонения света, пропорциональных производной функции ~, используется оптическая схема рсгисграции интерфсрограмм углового сдвига в каждом из трех каналов зондирования [78[. Метод основан на записи двух спеклфотографий диффузора на одну фотопластинку, причем во время одной из экспозиций между диффузором и объективом присутствует объект.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
