Media-security

БЕССПЕКЛОВЫЙ ЭКРАН ДНЯ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ

В КОГЕРЕНТНОМ СВЕТЕ

Б.Г.Турухано. В.Н.Якутович

Рассмотрены вопросы создания бесспеклового экрана для системы голографической памяти. Показано, что наиболее оптимальным конструктивным решением служит комбинация подвижного и неподвижного матовых рассеивателей, приводящая к практически 100% подавлению спекл-шума в восстановленном изображении.

Системы голографической памяти для хранения и воспроизведения текстографической информации большой емкости предусматривают вывод изображения на экран для визуального восприятия. Задача создания такого экрана связана с решением двух вопросов: достижение требуемого разрешения по выводимому изображению и устранение спекл-структуры, создавшей шум в изображении.

При конструировании оптических приборов предельное угловое разрешение глаза принимается равным одной минуте (около 30 лин/мм). В зависимости от условий освещения, структуры экрана, цветности изображения эта величина может меняться. Так, для воспроизведения текстографической информации разрешение экрана в пределах 10-20 лин/мм дает вполне удовлетворительное качество воспроизведения. Мелкоструктурные матовые экраны удовлетворяют этому требованию при использовании некогерентного освещения.

При использовании когерентного освещения необходимо устранять спекл-структуру, которая приводит к спекл-модуляции изображения сравнительно низкой частоты, т.к. размеры отдельных спеклов определяются разрешающей способностью глаза /1/. В настоящее время разработано ряд моделей, описывающих матовый рассеиватель /1-4/. Наиболее удобная модель для тонкой матовой

поверхности-представление ее в виде фазового рассеивателя , где величина φ_k - случайная и распределена по нормальному закону. Следовательно, прошедшая такой фазовый рассеиватель плоская волна будет модулирована по случайному закону, что приводит к образованию за матовым рассеивателем интерференционной картины со случайным распределением интенсивности. Причем размер характерной структуры этой спекл-картины определяется передаточной характеристикой той оптической системы, в которой она изучается. Для устранения спекл-структуры необходимо разрушить пространственную когерентность освещающей волны. Все предложенные методы основаны на этом принципе. Если величину φ_k сделать функцией времени, а затем произвести усреднение за конечный промежуток времени, то спекл-структура усредняется. Причем для полного разрушения пространственной когерентности необходимо неограниченное время усреднения /3,4/. Кроме того, структура обычного матового рассеивателя имеет некий радиус корреляции, связанный со способом его изготовления.

Усреднение спекл-структуры достигается движением матового экрана в процессе наблюдения. Этот процесс качественно можно описать следующим образом. Если обозначить распределение освещенности I(,t), функцию передачи матового экрана М(,t), а функцию передачи регистрирующей оптической системы Н(,t), то результат усреднения выходной функции можно записать как

R()~<I(,t)*M(,t)*H(,τ)>, (1)

где и t - пространственно-временные координаты, а τ - реакция выходной оптической системы. В нашем случае τ определяется временем запоминания глаза. Т.е. медленное движение матового рассеивателя приводит к смещению спекл-структуры относительно изображения, восстанавливаемого на экране. Если время реакции глаза достаточно, чтобы следить за этим смещением, то усреднение практически не происходит, т.е. корреляционный пик функции R() широкий. Отсюда, как следствие, необходимость больимх скоростей для движения матового рассеивателя.

В работе /5/ предложен способ устранения спекл-структуры с помощью двух матовых рассеивателей. Один матовый рассеиватель неподвижный, а второй безостановочно движется относительно первого. Этот способ принципиально отличен от одного подвижного матового рассеивателя, т.к. спекл структура в случае двух матовых рассеивателей не смещается, а видоиьменяется в соответствии с корреляционной функцией M₁(,t)*М₂(,t). Здесь M₁ и М₂ - функции передачи каждого матового рассеивателя. Усредненная корреляционная функция <М₁*М₂> много уже R(), и, кроме того, характер спекл-структуры меняется при смещении одного рассеивателя относительно второго, а не смещается, как в случае одного подвижного. Поэтому в /5/ приходят к выводу, что в случае одного подвижного матового рассеивателя отношение сигнал/шум в изображении зависит от двух параметров:

а) полного смещения рассеивателя X=T, где v - скорость смещения, а Т - время усреднения, и

б) автокорреляционного радиуса L₀ изображения спекла (статичного или мгновенного), который, в свою очередь, зависит от угловой апертуры оптической системы, с помощью которой воспринимается изображение от рассеивателя.

В случае двух рассеивателей отношение сигнал/шум также зависит от двух параметров: полного перемещения рассеивателя Х и корреляционной длины рассеивателя L. В этом случае нет зависимости от передаточной функции оптической системы, т.к. величина корреляционной функции рассеивателя обычно много меньше импульсного отклика Н() выходной оптической системы.

Учитывая преимущества системы из двух рассеивателей по сравнению с экраном, использующим один подвижный рассеиватель, была разработана конструкция матового экрана.

Основными требованиями к конструкции были:

1. осуществление непрерывного движения рассеивателя относительно неподвижного рассеивателя;

2. достижение разрешающей способности экрана в диапазоне 20 лин/мм;

3. возможность регулировки зазора между подвижным и неподвижным матовыми стеклами в пределах 0÷1 мм.

На рис.1 представлена конструкция матового экрана с двумя рассеивателями, который выполнен в виде декоративной несущей рамки - 1. На ней закреплен неподвижный матовый рассеиватель - 2 и механизм перемещения подвижного рассеивателя. Механизм перемещения включает тихоходный двигатель ДСМ-60-220 с двухплечным симметричным зубчатым редуктором (позиции 3 - двигатель, 4 - ведущая шестерня, 5,6 - промежуточные шестерни, 7,8 - ведущие выходные шестерни, 9-10 - эксцентрические оси, являющиеся ведущим звеном рамки - 11 с подвижным матовым стеклом - 12). При движении подвижная рамка опирается на каленые регулирующие зазор вин-

Рис.1. Конструкция бесспеклового экрана.

ты - 13. Пружины - 14-отжимают рамку при ее вращении. В процессе отладки экрана выбраны следующие параметры - угловая скорость - 1 обор/мин, радиус кругового перемещения 1 мм.

Использование двойного рассеивателя улучшает индикатрису рассеяния, что приводит к более равномерному распределению освещенности экрана. На рис.2 приведены экспериментально полученные кривые индикатрис в случае одного матового стекла - кривая 1, двух - кривая 2.

Рис.2. Индикатрисы рассеяния: 1 - один рассеиватель,

2 - двойной рассеиватель.

В данном конструктивном исполнении экран обладает следующими параметрами:

1. размеры экрана 230´ 330 мм²;

2. разрешающая способность 25 лин/мм;

3. скорость вращения подвижной пластины 38 об/мин;

4. радиус вращения 1 мм;

5. подавление спекл-шума при восстановлении 100%. Основной целью создания экрана является его использование в системе дисковой голографической памяти большой емкости для текстографической информации.

На рис.3 показана оптическая схема информационной машины /6/ с данным экраном, предназначенным для восстановления на нем фурье-голо грамм.

Рис.3. Оптическая схема применения бесспеклового экрана в системе воспроизведения дисковой голографической памяти /6/.

Длительная работа экрана продемонстрировала надежность конструкторских решений.

Л и т е р а т у р а

1. Кольер Р., Берхард К., Лин Л. Оптическая голография. М., Мир, 1973. стр.390.

2. Goodman J.W., J.Opt.Soc.Am., 1967, 57, 493.

3. Lohmann A.V., J.Opt.Soc.Am., 1965, 55, 1030.

4. Arsenault H., Lowenthal S. Opt.Commun., 1970, 57, 493.

5. Lowenthal S., Joyeux D., J.Opt.Soc.Am., 1971, 61, 7, 847.

6. Турухано Б.Г. "Дисковая система голографической памяти",

// Оптическая голография. Практические применения, Л., Наука, 1985, стр.75-95.