Левин Г.Г., Вишняков Г.Н. - Оптическая томография (1989) (1032160), страница 30
Текст из файла (страница 30)
При этом характерные особенности объекта подчеркиваются и распознавание образов улучшается Аналогичный про- ! цесс происхо~)нт и в зрительном анализаторе человека [117), 125 В серии экспериментов в качестве объекта были выбраны тепловые конвекционные потоки, инициированные электрическим ' нагревом нихромовых проволок диаметром 0,2 мм, расположенных вертикальной (вдоль оси г). Макет трехракурсного трехпроходного томографического интерферометра по схеме, представленной на рис. 4.5, был собран на голографической установке УИГ-22К. На рис 4.6 представлена интерферограмма, полученная при настройке интерферометра на бесконечно широкую полосу.
Конфигурация интерференционных полос, которые являются изотегами показателя преломления, хорошо соответствует истинному распределению температуры вокруг двух проволок. Замкнутые полосы расположены вокруг источников тепла. При увеличении температуры за счет повышения питающего напряжения росло число полос, так как увеличивалось изменение значения показателя преломления. В следующей серии экспериментов в качестве объектов были использованы потоки гелия в воздухе.
Конфигурация потока определялась форсункой, из которой вертикально вверх выходил гелий. Схема томографического интерферометра изображена на рис. 4.5. На. рис. 4.7 представлена томографическая интерферограмма, полученная при настройке прибора на бесконечно широкую полосу для трех потоков.
Ясно видны центры струй гелия, координаты которых совпадают с положением форсунок, Наблюдаются также артефакты, положение которых определяется направлением зондирования. Проведенные эксперименты с известными по своей конфигурации тест-объектами наглядно продемонстрировали возможности томографической интерферометрии в области визуализации про- интерфегелия в Рис 4.6. Томографпческая рограмма двух тепловых нионных потоков воздуха стройке на бесконечно полосу 126 интерфе- конвекпри на- широкую Рис.
4ый Томографическая рограмма, трех потоков воздухе странственных распределений фазовых неоднородностей в поперечном сечении объекта. Эксперименты показали возможность использования томографической интерферометрии для экспресс-анализа стекловолокна, оценки его симметричности и т. д., что очень важно, например, в процессе его вытяжки.
Выше были описаны серии экспериментов, демонстрирующие возможность применения разработанного метода для исследования самых различных объектов и процессов. При этом в основном показаны возможности томографического интерферометра при визуализации исследуемых распределений. Здесь мы только отметим, что выполнение в оптической системе преобразования волнового фронта позволяет решить существенную часть задачи восстановления томограмм в оптическом процессоре. Дальнейшая обработка томографических интерферограмм на ЭВ)гй в случае необходимости позволяет повысить точность измерений распределения показателя преломления. Однако при большом количестве экспериментальных данных (интерферограмм), как показывает практика, необходимость в такой обработке возникает редко. Принципы томографической интерферометрни были положены в основу нового типа приборов — тамографических голографических ннтерферометров.
Одни из ннх ТГИ-! предназначен для измерения пространственного распределения показателя преломления в поперечном сечеаии фазового объекта. Настоящая модификация прибора представляет собой трехракурсный трехпроходный пнтерфераметр, предназначенный для исследования медленно изменяющихся фазовых объектов, постоянных вдоль горизонтальной оси. Использование зеркального аналога призмы Даве позволила увелячнть днаметр зондирующих пучков до ?О мм. Однако из-за того, чта данный элемент раамещен в каждом плече зондирования мехгду поворотными зеркаламн, габаритные размеры прибора ТГИ-! довольна болыпне. Для обеспечения возможности получения информации о профиле показателя преломления не только па стенде, но и в специальных условиях необходимо было сократить размеры врнбора, для чего была разработана малогабаритная конструкция зеркального томографнческого ннтерферометра.
Она была положена в основу другой ь:ади-. финации голографического томографического интерферометра — ТГИ-2. Отличительной особенностью данного ннтерферометра является то, что трн плоских зеркала в каждом канале играют роль поворотных зеркал й призмы Даве. Таким образом, оан одновременно и поворачивают ось зондирования н вращают волновой фронт вокруг оптической оси. Вследствие того что вместо пяти зеркал в каждом плече используется лищь трн зеркала, удается уменьшить габаритные размеры прибора. Для достижения этого эффекта зеркала повернуты вокруг двух осей: горизонтальной и вертикальной.
Данная модификация позволила довести габаритные размеры прибора ТГИ-2. да 9?ОХббОХ350'мм при сохранении остальных технических характеристик. В ТГИ-2 также введен дополнительный канал для телевизионного считывания внформацнн с последующим вводом в случае необходимости в ВВМ. 4.3. ТОМОГРАФИЧЕСКАЯ ННТЕРФЕРОМЕТРИЯ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ В ПРОДОЛЬНОМ СЕЧЕНИИ ОБЪЕКТА 4.3.1. Отображение продольных сечений фазовых, объектов В $1.4 была развита теория формирования продольных томорамм объектов.
Напомним, что под продольными срезами подра!2т вумеваются сечения объектов, которые перпендикулярны плоскости, образованной волновыми векторами зондирующих пучков.. Целесообразность визуализации указанных сечений в оптических исследованиях объясняется тем, что во многих задачах распределение искомой величины в продольном срезе оказывается более информативным. К таким объектам можно отнести процессы горения, взрыва, тепло- и массообмена и т.
д. Получение информации о нужном сечении по схеме поперечной томографии часто не представляется возможным из-за наличия в той же плоскости устройств, инициирующих процесс (форсунки', горелки, электроды и т. д.). Результаты теоретических исследований в $1.4 были использованы для разработки принципиальных схем оптических продольных томографов с преобразованием волнового фронта. В 9 4.3 мы рассмотрим возможность восстановления распределения показатвля преломления в продольном сечении трехмерного фазового объекта в оптической системе, преобразующей фазовую составляющую волнового фронта.
При этом мы будем использовать ие только методы получения продольных томограмм, но и принципы томографической интерферометрии. Приведем основные преобразования волнового фронта, которые необходимы для формирования продольной томограммы объекта. При этом остановимся на алгоритме формирования продольного суммарного изображения с последующей его фильтрацией. Согласно указанному алгоритму продольное суммарное изображение сечения, проходящего через начало координат объекта (у=О), при дискретном наборе ракурсов описывается выражением з(х, О, г) = )'„7,(хссах,, г), (4.8) 1=1 которое связано с уравнением томограммы следующим соотношением: ~О ! з (х,О,г) = ~ ~'(х.
у, г) 9 Ыу. (4.9) )'х'+ у' Из выражений (4.8), (4.9) следует, что для получения томограммы необходимо выполнить следующие преобразования зондирующей волны: 1) получить проекции объекта р(р, г) под углом ~,; 2) для каждого ракурса зондирования перейти от 1(р,г) к 5(рсозщ, г), т. е. изменить масштаб проекции вдоль оси р на величину, обратно пропорциональную косинусу угла зондирования; 3) совместить центры всех проекций; 4) суммировать преобразованные проекции, что для фазовой составляющей поля соответствует перемножению волновых фронтов; 5) осуществить десвертку полученного суммарного изображения согласно уравнению (4.9).
Покажем, как все указанные преобразования осуществляются над фазовой составляющей поля в оптическом томографе, схема которого представлена на рис. 4.8. Объект, ось г которого пер- 128 Рнс. 4.8. Прнндяпнальная схема продольного томографнческого ннтерферометра; / — лазер; 2 — светоделитель; В, /9 — расширитель светового пучка; З— объект; 5, 7, В, /Π— зеркала; 5, 9- систеим иззгененин масштаба светового сучка; // — оитнческаи ливни задержки; / — регистратор пенднкуляриа плоскости чертежа, а ось х параллельна плоскости регистратора 1У, зондируется плоской волной Е(р, «) = =сопз1. Указанный объектный пучок формируетуо 7 ся расширителем 3. Элементы 2, 11, !2 формируют опорный пучок После прохождения через фазовый объект поле (без учета дифракцни и рефракции) может быть представлено в виде , 2н Е,(Р,«) =ехр 1 — Л(Р,«) .
(4.10) усть первый ракурс зондирования направлен под углом гр/ коси х. После первого прохода изменяют масштаб волнового фронта йавдоль оси р с помощью цилиндрического расширителя в л/= =сов/р//соз/рг раз, где /ра — направление второго ракурса. Так формируют волновой фронт 2м Е;(р, г) = ехр 1 — ут (лзр, г), ), который далее направляют на искомый объект. После двух разноракурсиых проходов формируется волновой фронт Еа(р, г) = ехр 1 — Д/(я/р, «)+19(р, г)[ .
Перед третьим проходом изменяют масштаб волнового фронта в ят=соз/рз1соз/ра раз цилиндрическим расширителем У и получают .волновой фронт 2я Е;(Р, г)=ехр 1 — ' [7/(йтйтР. г)+19(159Р «Н После третьего зондирования (в нашем случае последнего) под Углом Ч/з=О (ось р параллельна оси х) формируется волновой фронт Ез(Р, г) = ехР 5 — Д/(Ф/Атр, г) +уз(д,р, «)+Хл(Р. г)) (4 11) 1187 (4.13) Подставляя в (4.11) выражение для й, и йз, получаем з . 2я е м. ~ ыр [1 ~ 2 й ~Р ' ю~.
а~. (4 ) ч 1=! Из (4.12) следует, что в результате выполненных преобразований формируется поле, распределение фазы которого описывается уравнением суммарного изображения продольного сечения объекта (4.8) при трех направлениях зондирования. В общем случае для М проходов вся указанная последовательность операций выполняется для всех углов зондирования, и в результате зондирующее излучение описывается выражением .
2я е. ~; ю = р [1 —, уу; в, . - м *~]- у=! Л =~~р [~ —,~6(л ь *)~ 1=! Из (4.13) нетрудно получить рекуррентное соотношение для масштабных коэффициентов: Ф~ — — сов~,(соз Г +о,г'=1 2, .-, Лà — 1, йп=соз1л — 1.(4.!4) Таким образом, в оптическом продольном томографе при исследовании фазовых объектов формируется волновой фронт, несущий информацию о пространственном распределении показателя преломления в том сечении объекта, которое проходит через его центр и перпендикулярно направлению последнего Ю-го ракурса зондирования.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
