Щука А.А. Электроника (2005) (1152091), страница 128
Текст из файла (страница 128)
В голографической интерферометрии используется два основных метода. лгвпгод вводной экспозпкпщ прелусматривает регистрацию двух голограмм объекта при одном и том же опорном луче. Г!ервая гологралзма регистрируется до приложения возмущающих сил. Вторая голограмма регистрирует состояния объекта после воздействия возмущающих сил через некоторый промежуток времени (рис. 9.9). При восстановлении двух волновых фронтов, записанных через некоторый промежуток вРемени, получается изображение объекта с интерференционными полосами в местах деформации. Специалисты называют этот метод "интерференцией Наполеона с КлеопатРой". Преимущество этого метода заключается в возможности измерения ннтерференционных полос и численного определения деформации.
Метод применим лля быстропротекающих процессов. !слюд ппбяюденпя в рвояьпомлтгпапвбг врвмгяп производят, непосредственно сравнивая ранее записанное и восстановленное изображения объекта с влекущим состоянием. Этот метод позволяет управлять процессом деформации, Специалисты называют его "живым". Он пригоден лля исследования медленных процессов. и ыработаны лзстоды снекэчпппвр4врочвюрли, основанные на явлении диффузного расяния когерентного лазерного излучения ~лероховатой поверхностью. Если изменение Часть И Квантовая и оптическая электроника Рис. 9.8. Ассоциативное оптическое запоминающее устройства с обращением волнового фронта Рис.
9.9. Голографическая интврфвраметрия мембраны, подвергнутой давлению газа. Проведена расшифровка интерфервициаинык полос рельефа поверхности составляет порядка длины волны излучения, то имеет место диффузное рассеяние света, напоминающее авантюрин.
Заметим, что авантюрин представляет собой зернистый кварц с характерным мерцающим блеском, Такая пятнистая структура — распределсния интенсивности когеренгного света получила название спеклы. Каждая точка отражающей лазерное излучение поверхности в соответствии с принципоя Г<ойгснса является источником сферических волн, Амплитуда напряженности поля в наблюдаемой точке формируется путем суммирования векторов со случайными фазами. При изменении положения наблюдателя интенсивность рассеиваемого когерентного свеи принимает различные значения.
Это явление называется спеку<-эфбэекгг<ои. Спекл-интерферометрия позволяет измерять смещения с точностью порядка длины волны лазерного излучения. Разработано два метода спскл-интерферол<етрии. Аорреляя<гонггия с<тем<-<ггггг<ерг<герспгелгрпя основана на анализе ингерфсрснциониого Рас пределения оптического поля при одновременном наложении волн, рассеянных от по верхности исследуемо<о объекта в начальном и смещенном положениях. С этой целыо используется интерферометр типа интерферометра уайкельсона, в котором вместо зер яции кал используются щероховать<е поверхности.
Интерференционнукт картину корреляц ядка спектров исследуют с помощью кино- или телекамеры, имеющей разрешение порвя ть ее 50 линий!мм, Этот л<етод позволяет определять форму поверхности и аналнэироват деформации. ея<щых В основе метода спек<<-гров<огра<ран лежит одновременная регистрация двух рассея< чения прелметом волн на одной фотопластинке. Одна волна формируется рассеянием нзлу' объев объектом в начальном положении, а другая волна формируется уже смещенным о 'е к<оЖ' том. Измерив относительный сдвиг спекл-структур на проявленной фотопластинке, стая" но определить смещение обьскта.
Определение смещения спекл-стрултуры осущес анной ется с помощью Фурье-преобразования функции пропускания дважлы экспонирова" товой фотопластинки. С этой целью она освещается плоской волной и исследуется свет"э 9. Оптические методы обработки информации 609 поток в фокальной плоскости линзы. Этот метод позволяет исследовать динамику смеще- ния с использованием стробоскопической или лвухимпульсной спекл-фотографии. 9.3. Когерентные оптические системы аналоговой обработки информации Основными элементами оптических систем аналоговой обработки информации являются тонкие сферические линзы, выполняющие преобразование Фурье (рис.
9.10). Изложение предварим некоторыми сведениями из математики. Если задана действительная или комплексная функцияЯх) действительной переменной х, меняющейся в пределах от — сэ до е го, такая, что существует интеграл ~ ) /(х)1йх, (9.8] то Фурье-образ Р(и) этой функцииЯх) определяется выражением р(и) = ~,т(х)ехр(2;иих)дх. (9.9) ХО) — ) ), (т),г; (г — т) Ыт, (9. 10) где т — независимая (текущая) переменная, а г прелставляет ряд последовательных значений сдвига функции 6(г) относительно (;(г). Интеграл ог произведения перекрывающихся частей функцииу,(г) и )з(г) определяется при одном таком сдвиге г.
Другими словалзи, функция Ят) в анщ|итической или графической форме получается путем послеловательного определения интеграла от произведения двух функций,г(т) итт(т), когда эти две функции последовательно сдвигаются друг относительно друга. Значения интеграла находятся лля каждого сдвига г функции ).(г) относительно (,(г), включая значениеЯО), которое соответствует значению г = О, котла две функции г,(г) и(,(г) "совпадают", т. е, имеют общую абсцнссу, ради компактности интеграл евер~хи часто удобно записать в виде г"(г) = у,(г) Ыуз(Т) . (9.11) Необходимо подчеркнуть существенное различие межлу сверткой, с одной стороны, и функцией корреляции — с другой, особенно в связи с тем, что по виду они очень близки. Если одна из лвух функций является сопряженной с некоторой функцией, то в качестве полхолящего представления выступает функция корреляции, а не свертка.
Но определению функция автокорреляции дп(т) равна (9.12) ' зэк 3701 По определению свертка Яг) получается из двух функций т'(г) н Яг) с помощью инте- гральной операции Часть!ГГ. Квантовая и оптическая электро„„„ 610 Рис. 9.10. Схема операции преобразования Фурье: Л вЂ” линза; 1 — входная фекальная плоскость; 2 — выходная фокапьная плоскость Рис. 9.11. Графическая интерпретация операций корреляции и свертки а фУнкцив кРосс-коРРелЯции Фн опРеделЯетсЯ выРажением'. ф„(т) = ~ Г;(Г) ут (т е т)й .
(9.13) Аналогично имеем Фм(~) = ~ Г, (т+ т)/,(т)т(Г. (9.14) Графическая интерпретация операции свертки-корреляции дана на рис, 9,11. Рассмотрим процесс преобразования Фурье, осуществляемый топкой линзой (рис. 9.1()). Если на вход такой системы подать оптический сигнал Ц(хз, у,), то на выходе получится сигнал, связанный с входным сигншюм следующим соотношением: 1 Г Г 2:и' (Г ( ) ~Г ~Г(Г ( ) «р( пз(, у )),Гх Гу— йУ ),Г' = ГГ,„(т,(-"-,— ") . Ц мы с Таким образоьй выходной сигнал расслзатриваемой простейшей оптической сист™~ точностью до постоянного множителя совпадает с Фурье-образом входного сигнала.
а ПоФ ьезтому выходную плоскость такой системы называют спектральной или Фур плоскостью. Пространственно-частотные координаты ~ и ц в этой плоскости определ елани' ся отношением; хв (9.1з) уд проФурье-образ входного оптического сигнала существует в виде физически реального странственного распределения комплексных амплитуд света. 9. Оптические методы обработки информации )(инза Л, осушествляст преобразование Фурье, поэтому в спектральной плоскости системы непосредственно перед операционным фильтром распределение комплексных амплитуд света пропорционально Фурье-образу входного сигнала, т. е. (г„А Нн(4, т)) = —," (тн(~,т)).
)Х1 Амплитудный коэффициент пропускания операционного фильтра будет равен тн гн1т(ч Ч) (уя (х,, у„) = (г ~ ~ ия (г, з))71(~, т)) ехр(2к)(хн9+ унз)) туг(т), (9. 17) где ~~,А (уу)т Направление координатных осей в выходной плоскости системы выбраны противопо- ложно направлениям осей координат во входной плоскости для того, чтобы учесть инвер- сию, которая получается в результате двух последовательных преобразований Фурье и выражается соотношением где р — символ операции свертки.
Соотношение (9.17) можно записать в виде свертки; Он(хн,ун) = И/н(хшУя) 6(х,у) = 1г ) ) (7о(хю Уя)1)(хо х Уо Ун)ттот(го (9 в) тле л(х, у) — обратное преобразование Фурье передаточной функции фильтра. Таким образом, оптическая система, представленная на рис. 9.11, способна выполнять линейные интегральные преобразования типа свертки, описываемые уравнением (9.18). "устод пространственной 4нльтраяин позволяет с помощью преобразований Фурье производить различные математические операции. "а рис.
9.12 привелена схема процессора для проведения оптической пространственной Фильтрации. где (гн — комплексная константа. Функция Н(г„~)) соответствует математической операции, которую необходимо выполнить над входным сигналом, и ее называют передаточной функцией фильтра. В результате пространственной фильтрации получается сигнал, описываемый распределением ком- ! ~поясных амплитуд; О.
(т Ч) токи'4(т„(4 П)Ц(», ) й~' Отфильтрованный сигнал подвергается повторному преобразованию Фурье с помощью линзы Лн В результате в выходной плоскости системы свет будет иметь распределение: Часть И Квантовая и оптическая электрона, ика б)г Рис. ВЛ2, Оптический процессор: Ль Г1к. Лк — линзы, Рк — входная фокальиая плоскость, Р> — спектральная фекальная плоскость; Рк — выходная фоквльнвя плоскость Входная плоскость освещается плоской световой волной с амплитудой т!.
Во аходнои плоскости размещается прозрачный транспарант с заданной информацией. Устройство ввода формирует изображение, соответствующее входной информации !)ь!хм у,), так что его можно характеризовать амплитудной функцией пропускания т, = !г„Оь!хм а,'). Следовательно, входной оптический сигнал системы имеет комплексную амплитуду: С"ь = АьА Сь!хм у„). (9.19) Описанный процессор позволяет проводить операции по распознаванию образов. Если необходимо из набора произвольных двумерных транспарантов выбрать одну определенную, то эти транспаранты последовательно вводятся в плоскость Р, процессора.
В плоскость Р, помещается транспарант, являющийся согласованным фильтром для искомого образа. Свойства такого фильтра связаны с компенсацией искажения волнового фронта в том случае, когда падающая на него световая волна является двумерным Фурье-спектром искомого образа.
Согласованный фильтр ~очно компенсирует кривизну падающей на нето волны (рис. 9.12). После плоскости Р, световое поле оказывается плоской волной и фокусируется линзой Л, в яркое пятно в выходной фокальной плоскости. Процессор позволяе~ по появлению яркого пятна в центре выходной плоскости Р, зафиксировать налили~ в плоскости Рь искомого образа. На рис, 9.13 показан результат согласованной пространственной фильтрации части текста китайских иероглифов. С помощью согласованного фильтра, изготовленного на искоькы омый иероглиф.
выявлен искомый образ в тексте. Чем сложнее по структуре и форме сиги игнал, тем эффективнее решается задача по его идентификации. Поэтому этот метод нашел с свое применение в криминалистике и дактилоскопии. ентгеОптические метолы обработки нашли применение при обработке спектрограмм, Ре" нограмм, изображений с электронных микроскопов и т. д. ется пр" В промьппленности использование метода согласованной фильтрации используетс ьтипли контроле качества фотошаблонов, интегральных схем. Фотошаблон является муля~ еняи де цированным изображением маски в виде матрицы. Контроль состоит в обнаруже~' . „трояк фектов отдельных масок, а также дефектов в виде царапин, пылинок.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
