Обработка когерентных изображений методом акустооптической пространственной фильтрации (1104181), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Видно, чтопередаточные функции практически осесимметричны. Если акустическая частота равначастоте тангенциального фазовогоимеетвидкруглогосинхронизмаft ,топередаточнаяфункцияпятна. При уменьшении частоты ультразвука формапередаточной функции сохраняется, но пропорционально уменьшаются амплитудыдифрагированных компонент спектра.
Иная картина наблюдается при f > ft : в центрепередаточной функции появляется провал, а сама функция приобретает кольцеобразнуюформу (рис. 3б,в).2ºχ2ºχ2º1º1º1º0º0º0º-1º-1º-1º-2º-2º-2º-2º-1º0º1º2º ϑiχ-2º-1º0º(a)1º2º ϑi(б)-2ºРис. 3. Двумерные передаточные функции первоготангенциальной геометрии в TeO2.а: f = ft = 119.5 МГц; б: f = 119.7 МГц; в: f = 119.8 МГц.-1º0º(в)порядка1º2ºϑiдифракцииВо второй главе также проанализировано влияние анизотропии АО качества кристаллана передаточные функции. Установлено заметное отличие передаточных функций ячейкина основе кристалла парателлурита при распространении ультразвука и света внаправлении [110] от тех, что показаны на рис.
2.Описан эксперимент по визуализации двумерных передаточных функций АО ячейки. Вэтом случае ячейка освещалась расходящимся световым пучком. При этом каждая2спектральная компонента светового пучка дифрагировала с эффективностью Ta(1) , и врезультатенавыходеячейкиформировалосьсветовоеполе,характеризующеепередаточную функцию.
Приведены экспериментальные изображения передаточныхфункций для ячеек на основе кристаллов парателлурита и молибдата кальция, которыенаходятся в хорошем соответствии с теоретическим расчетом.12Третья глава диссертации посвящена исследованиям АО пространственной фильтрацииизображений.На примере пространственной фильтрации одномерных изображений проведена оценкафильтрующих свойств АО ячейки. Для этого рассмотрен случай, когда через ячейкураспространяется оптический сигнал, сформированный синусоидальной амплитуднойячейкой с периодом d. Представлены частотно-контрастные характеристики дляразличных случаев одномерной АО обработки изображений и на их основе проведенаоценка предельных возможностей АО пространственных фильтров.ВозможностиАОобработкиизображенийпроиллюстрированыприпомощикомпьютерного моделирования.
Все расчеты проводились с использованием алгоритмабыстрого преобразования Фурье. На первом этапе по заданному распределению световогополя исходного изображения u in ( y, z ) находился пространственный спектр оптическогосигнала U in (θ i , χ ) . Далее спектр U in (θ i , χ ) умножался на передаточную функциюTa (θ i , χ ) , для расчета которой использовалась отдельно разработанная программа.Наконец, на третьем этапе с помощью быстрого преобразования Фурье от функции U in ⋅ Taнаходилось выходное световое поле u out ( y, z ) . Вычисления были выполнены для всехосновных вариантов двумерной передаточной функции АО ячейки, представленных нарис. 1-3. Результаты моделирования показали, что при помощи АО ячеек на основеодноосных кристаллов могут быть эффективно реализованы операции интегрирования иоконтуривания, а также выборочного интегрирования и дифференцирования изображений.В третьей главе также описан эксперимент по АО пространственной фильтрациидвумерных изображений и приведены наиболее наглядные результаты этих исследований.Рис.
4а иллюстрирует работу системы в режиме выборочного дифференцирования вдольгоризонтальной оси. Здесь слева показан исходный, а справа – отфильтрованныйоптические сигналы. В этом случае в эксперименте была реализована геометрия спередаточной функцией в форме вертикальной дуги. Эффект был зарегистрирован внулевомпорядкедифракции.Приэтомпередаточнаяфункциявыгляделакакинвертированная относительно функции, показанной на рис. 1. Это обеспечилопрактически полное подавление всех спектральных составляющих вдоль вертикальнойоси, включая нулевую центральную спектральную составляющую.
Для составляющихвдоль горизонтальной оси пропускание фильтра росло по мере удаления от оси пучка. В13результате в отфильтрованныхизображенияхвиднытольковертикальныеконтуры.(а)(б)Рис. 4. Эффекты выборочного дифференцирования вдоль горизонтальнойоси (а) и оконтуривания (б).Рис. 4б, на котором, как и в предыдущем случае, слева показан исходный, а справаотфильтрованный оптические сигналы, иллюстрирует работу системы в режимеоконтуриванияизображений.Вданномслучаеиспользовалсянулевойпорядоктангенциальной геометрии АО взаимодействия. Передаточная функция выглядела какинвертированная, относительно функции, показанной на рис.
3а. Это обеспечилопрактически полное подавление низкочастотных спектральных составляющих, а длявысокочастотных составляющих пропускание фильтра росло по мере удаления от осипучка, что и явилось причиной появления эффекта оконтуривания.Четвёртая глава диссертационной работы представляет результаты теоретических иэкспериментальных исследований АО метода визуализации оптического волновогофронта.АО метод визуализации был предложен некоторое время тому назад. Однако донастоящего момента были проведены только предварительные исследования методаприменительно к визуализации одномерных фазовых объектов. В диссертации проблемаАО визуализации изучена в самой широкой постановке применительно к визуализациидвумерных фазовых объектов. Кроме того, предложен и исследован АО метод раздельнойвизуализации амплитудной и фазовой структуры оптического сигнала.
Сущность АОметода визуализации фазовых объектов заключается в следующем. В фазовомодулированной световой волне, которую для одномерного случая можно записать в видеu in = u 0 exp[ jγ ( z )]направление волновой нормали меняется вдоль волнового фронта позакону141 dγ γ ′≡ ,(5)k 0 dz k 0где k 0 - волновое число, а γ ′( z ) = dγ dz - фазовый градиент. При прохождении такой волныϑi ( z ) =через АО ячейку, работающую в брэгговском режиме дифракции, разные участкисветовогопучка,благодаряугловойселективности,дифрагируютсразличнойэффективностью.
В результате дифрагированная волна оказывается промодулированнойпо интенсивности пропорционально локальным значениям фазового градиента γ ′( z ) .Таким образом, закон преобразования фазы в интенсивность имеет специфическийхарактер: I out ~ γ ′ . При АО визуализации фазовых объектов на результирующееизображение сильное влияние оказывает геометрия АО взаимодействия и, следовательно,форма передаточной функции АО ячейки.Расчет характеристик системы визуализации выполнен для одномерных фазовыхобъектов в предположении, что визуализируемое световое поле промодулировано по фазепо гармоническому закону с периодом d и амплитудой γ 0 . Показано, что эффектвизуализации сильно зависит от выбора рабочей точки на передаточной функции, или,другими словами, от угла падения визуализируемого пучка.
Если пучок падает на ячейкупод углом Брэгга, как это всегда бывает при обработке амплитудных изображений, эффектвизуализации отсутствует. Визуализация происходит, когда рабочая точка выбирается насклоне передаточной функции. Показано, что наилучший результат получается при выборерабочей точки на участке передаточной функции с наибольшей крутизной ее склона.Также в четвертой главе представлены результаты компьютерного моделирования АОвизуализации двумерных фазовых объектов, иллюстрирующие возможности АО метода.Моделирование выполнено по тому же алгоритму, что и при обработке амплитудныхобъектов.
Рис. 5 иллюстрирует результаты моделирования визуализации в первом порядкетангенциальной геометрии АО взаимодействия. В этом случае предполагалось, чтофазовый объект представляет собой однородную прозрачную пластинку, на которойконцентрически расположеныплоскиекольцоидиск,сделанныеиз того жематериала. Для визуализации использовалась передаточная функция представленная нарис.
5а. Рис. 5б,в показывают визуализированные изображения объекта для разныхположений рабочих точек, указанных цифрами 1 и 2 на рис. 5а. В обоих случаях рабочиеточки расположены на склоне передаточной функции так, чтобы визуализировать фазовыйградиент в направлении под углом 45°15к горизонтали. Благодаря особенностям(а)(б)(в)Рис. 5. АО визуализация фазового объекта с использованием передаточнойфункции тангенциальной геометрии.(а) - передаточная функция; (б),(г) - выходные изображения.АО визуализации, получается псевдообъемное изображение волнового фронта, словноподсвеченное сверху и справа – в случае рис.
5б и слева и снизу в случае рис. 5в. Такпроисходит потому, что при смещении рабочей точки с одного склона на другой имеетместо инверсия контраста.Одним из достоинств АО метода и его существенным отличием от других известных насегодняшний момент методов регистрации фазовых объектов является возможностьосуществлять разделение амплитудной и фазовой информации, присутствующей висходном оптическом сигнале. Если выбирая рабочие точки на противоположных склонахпередаточной функции (например, как это показано на рис. 6а), последовательно получитьдва изображения I1 ( y, z ) и I 2 ( y, z ) , то в этих изображениях амплитудная информациябудет идентична, а фазовая информация, благодаря различию в знаках градиента, будетиметь инверсный характер.
Результатом электронной обработки сигналов I1 ( y, z ) и I 2 ( y, z )в соответствии с формулойIϕ =I1 ( y, z ) − I 2 ( y, z )I1 ( y, z ) + I 2 ( y, z )(6)будет визуализация распределения фазы в чистом виде. Рассмотрено три возможныхварианта реализации такого метода. В первом и второй вариантах смещение рабочей точкина противоположный склон передаточной функции осуществляется при перестройке углападения света или частоты ультразвука. В третьем варианте предлагается использованиеособой геометрии АО взаимодействия с рассеянием света одновременно в двадифракционных максимума +1-го и -1-го порядков.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
