Обработка когерентных изображений методом акустооптической пространственной фильтрации (1104181)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТим. М.В.ЛОМОНОСОВАФизический факультетНа правах рукописиУДК 535.241.13:534Костюк Дмитрий ЕвгеньевичОБРАБОТКА КОГЕРЕНТНЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ МЕТОДОМ АКУСТООПТИЧЕСКОЙПРОСТРАНСТВЕННОЙ ФИЛЬТРАЦИИСпециальность: 01.04.03 – радиофизикаАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание учёной степеникандидата физико-математических наукМосква – 2008Работа выполнена на кафедре физики колебаний физического факультета Московскогогосударственного университета им. М.В.ЛомоносоваНаучный руководитель:доктор физико-математических наук,профессор В.И. БалакшийОфициальные оппоненты:доктор физико-математических наук,профессорфизическогофакультетаМГУ им. М.В.Ломоносова В.А.

Бушуевдоктор физико-математических наук,руководительлабораторииНТЦУникального Приборостроения РАНВ.Э. ПожарВедущая организация:Институт Радиотехники и ЭлектроникиРАНЗащита состоится 22 мая 2008 года в 16 часов на заседании диссертационного советаД 501.001.67 в Московском государственном университете им.

М.В.Ломоносова по адресу:119992, ГСП-2, г. Москва, Воробьевы горы, МГУ им. М.В.Ломоносова, физическийфакультет, аудитория им. Р.В.ХохловаСдиссертациейможноознакомитьсявбиблиотекефизическогофакультетаМГУ им. М.В.ЛомоносоваАвтореферат разослан «__» апреля 2008 годаУчёный секретарь диссертационного совета Д 501.001.672А.Ф.КоролёвОбщая характеристика работыАктуальность темы исследованияВ настоящее время трудно найти какую-либо область науки и техники, где неприходилось бы сталкиваться с вопросами обработки сигналов и измерения их параметров.Несмотря на огромные успехи цифровой вычислительной техники, внимание ученых иинженеров все более привлекают оптические методы обработки, предоставляющие рядуникальных возможностей, которыми цифровые методы в принципе не обладают.Основными из них являются: возможность параллельной обработки информации,возможность построения устройств, в которых скорость обработки определяется толькоскоростью распространения оптических сигналов, и, конечно же, возможность выполнения«сверхбыстрого» преобразования Фурье над огромными массивами информации,содержащимися в оптических изображениях.

В отличие от компьютерных методов,скорость вычисления фурье-образа в оптической системе одинакова для любогоколичества разрешаемых элементов в изображении, а сама оптическая схема можетсостоять всего из одного элемента – линзы. Разумеется, для достижения большойпроизводительности нужен столь же быстрый ввод изображений в оптическую систему,что реализовать весьма не просто. Кроме того, оптика в технологическом плане покасущественно отстает от электроники, что также затрудняет создание конкурентоспособныхустройств оптической обработки информации. Однако эти проблемы постепеннорешаются, и можно надеяться, что оптические устройства займут подобающее им место винформационной технике.Одно из основных направлений оптической обработки информации охватывает методы,основанные на пространственной фильтрации оптического изображения.

К этомунаправлению относятся и акустооптические (АО) методы обработки изображений. Кнастоящему времени акустооптика превратилась в обширный раздел физики, тесносвязанный с акустикой, лазерной физикой, оптикой и кристаллофизикой. Большой интереск эффекту дифракции света на ультразвуке обусловлен, во-первых, его сложностью иразнообразием проявления в различных средах и при разных условиях эксперимента, а вовторых, – и это является главной причиной, – высокой эффективностью и широкимифункциональными возможностями АО метода управления оптическим излучением.

Кнастоящему времени предложено и исследовано более десятка различных типов АОустройств, отличающихся назначением и принципом действия. Некоторые из них, такие3как модуляторы света, дефлекторы и фильтры, выпускаются серийно промышленностью.Дифракция света на ультразвуковых волнах может также использоваться дляуправления пространственной структурой световых пучков, что является основой для АОобработки изображений. Было показано, что АО ячейка действует на входной оптическийсигнал (оптическое изображение) как фильтр пространственных частот. Передаточнаяфункция такого фильтра отражает селективные свойства АО взаимодействия. Конкретныйвид передаточной функции зависит от структуры акустического поля в АО ячейке и отгеометрии АО взаимодействия.

По сравнению с другими известными методами обработкиизображений, АО метод обладает рядом преимуществ. АО пространственные фильтры нечувствительны к их положению в оптической системе, они не требуют точной юстировкии дополнительной оптики для формирования фурье-спектра. Такие устройства способныобрабатывать как когерентные, так и некогерентные изображения. Но главное достоинствоАО фильтров заключается в возможности их быстрой электронной перестройки (путемизменения параметров акустической волны), что обеспечивает обработку поступающейинформации в реальном времени.

Все это свидетельствует о важности и актуальностиисследований в области АО фильтрации оптических сигналов.Цели диссертационной работыЦели диссертационной работы состояли в исследовании различных аспектов АОпространственной фильтрации, как с точки зрения фундаментальной науки, так и в светепрактических применений для оптической обработки информации. В работе былипоставлены и решались следующие задачи:1. изучение пространственной структуры АО фазового синхронизма и двумернойпередаточной функции для любых срезов и геометрий АО взаимодействия в одноосныхкристаллах, а также исследование возможностей использования различных вариантовгеометрии АО взаимодействия для обработки оптических сигналов;2.

теоретическое исследование АО пространственной фильтрации, а также разработкаадекватной компьютерной модели фильтрации, учитывающей все особенности АОвзаимодействия в анизотропных средах;3. теоретическое и экспериментальное исследование АО метода визуализации двумерныхфазовых объектов;4. разработка нового АО метода раздельной визуализации амплитуды и фазы световогополя, реализующего особенности и достоинства явления дифракции света на4ультразвуке;5. создание экспериментальной установки для АО пространственной фильтрации ипроведение экспериментальных исследований по проверке основных результатовтеории.Научная новизна работы1. Развита теория АО взаимодействия волн, имеющих сложную пространственновременную структуру. На примере кристаллов парателлурита и молибдата кальциявпервые исследована и подробно описана пространственная структура АО фазовогосинхронизма для любых направлений распространения и любых частот ультразвука водноосных кристаллах; рассчитана объемная структура брэгговских углов.2.

Впервыепроведенподробныйтеоретическийанализдвумернойструктурыпередаточных функций АО ячейки. Теоретически и экспериментально показано, что водноосных кристаллах существует три принципиально различных вида передаточнойфункции (одномерный, крестообразный и аксиально-симметричный), представляющихширокие возможности для обработки изображений методом АО пространственнойфильтрации.3. Исследован АО метод пространственной фильтрации двумерных изображений.Впервые проведен расчет ЧКХ системы фильтрации для разных видов преобразованияизображений(интегрирование,дифференцирование,визуализацияоптическоговолнового фронта и др.) с использованием нулевого и первого порядков брэгговскойдифракции.Проведенаоценкапредельныхвозможностейсистемыобработкиизображений для разных геометрий АО взаимодействия, включая ортогональную,коллинеарную и тангенциальную; установлены особенности каждой геометрии, ихдостоинства и недостатки при выполнении одинаковых операций обработки.4.

Впервые теоретически и экспериментально исследован АО метод визуализациидвумерных фазовых объектов. Показано, что в зависимости от выбора положениярабочей точки на передаточной функции можно реализовать различные законыпреобразования фазовой модуляции светового поля в модуляцию интенсивности.Наибольший интерес представляет вариант, когда распределение интенсивности ввыходном сигнале пропорционально градиенту фазы исходного светового поля.Установлено,чтовэтомслучаеконтраствизуализированногоизображенияпропорционален глубине фазового рельефа исходного изображения, а разрешение5определяетсярасходимостьюакустическогопучка.Впервыеэкспериментальнополучены изображения фазового объекта АО методом.5.

Предложен и детально исследован АО метод раздельной визуализации амплитудной ифазовой структуры светового поля, заключающийся в регистрации и последующейобработке двух изображений, полученных при симметричных положениях рабочейточки на противоположных склонах передаточной функции. Работоспособность методаподтверждена с помощью компьютерного моделирования, а также при егоэкспериментальной реализации.Научная и практическая значимость работыНаучная значимость диссертационной работы для акустооптики в целом определяетсятем, что выполненные в ней исследования дают более ясное представление обособенностях АО взаимодействия ограниченных волновых пучков в анизотропных средах,указывают на важность учета структуры пучков не только в плоскости АОвзаимодействия, но также и в ортогональной плоскости, что в итоге позволяет определятьпути совершенствования АО устройств.Исследованный в диссертации АО метод обработки оптических сигналов имеет рядпреимуществ перед другими используемыми в настоящее время методами.

Побыстродействию он существенно превосходит компьютерные способы обработкиизображений. По сравнению же с методами, основанными на пространственнойфильтрации, он отличается некритичностью к юстировке системы и месту расположения вней АО фильтра, а главное, – позволяет быстро (за микросекунды) перестраиватьпередаточную функцию и, таким образом, обрабатывать информацию в режиме реальноговремени.На основе разработанного метода визуализации фазовой структуры световой волнымогут быть созданы эффективные датчики волнового фронта для лазерной физики,адаптивной оптики, систем контроля качества оптических изделий и т.д. В исследованномметоде, в отличие от ранее используемых, визуализируется градиент фазы оптическогосигнала, что дает псевдообъемное изображение волнового фронта, позволяющее составитьнаглядное представление о форме и объемных свойствах прозрачного объекта.

Характеристики

Тип файла PDF

PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.

Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.

Список файлов диссертации