Media-security

АВТОМАТИЗАЦИЯ РАСШИФРОВКИ ГОЛОГРАФИЧЕСКИХ ИНТЕРФЕРОГРАММ

Ю.Н.Захаров

Описана установка, позволяющая производить количественную обработку голографических интерферограмм непосредственно по восстановленному с голограммы полю в произвольных точках интерференционной картины.

В голографической интерферометрии довольно трудоемкой частью измерений является регистрация восстановленного изображения и его расшифровка. Особенно это сказывается, когда необходим большой объем количественных данных. В то же время не существует надежных и удобных автоматических установок для информационной расшифровки голограмм. Известные системы (например, /1,2/) требуют сложной и точной механики, но не позволяют производить непосредственные измерения по всему поле интерферограммы, работая лишь в центрах полос.

Нами создана электронная полуавтоматическая установка для количественной расшифровки голографических интерферограмм, в которой такое достоинство оператора, как способность визуально определять порядок и расположение полос и выбирать необходимые лая анализа точки, сочетается с возможностями электронных приборов точно измерять и регистрировать физические величины.

Структурная схема установки изображена на рисунке. Восстановленное с голограммы 2 изображение проворуется объективом 3 на видикон телевизионной камеры "Электроника Л-50" 4 и отображается на экране видеоконтрольного устройства (ВКУ) 5 миниатюрной телевизионной установки МГУ-1. Кроме того, видеосигнал подается на осциллограф С 9-1 6 в режиме исследования видеосигнала. Блок выделения строки (БВС) осциллографа осуществляет устойчивую фазировку развертки с любой, строкой телевизионного изображения.

Блок-схема установки для количественной расшифровки голографических интерферограмм:

1 - лазер, 2. - голограмма, 3 - объектив, 4 - телекамера, 5 - ВКУ, 6 - осциллограф, 7 - устройство преобразования и отображения информации.

Выбранная строка индицируется на экране ВКУ. Амплитуда осциллограммы пропорциональна интенсивности соответствующей точки изображения в выбранной строке. Яркостные метки на развертке позволяют выбрать необходимое количество отсчетных точек. Совмещая очередную метку с визирной отметкой на экране осциллографа, подаем на устройство преобразования и отображения информации 7 напряжение, пропорциональное интенсивности анализируемой точки интерференционной полосы. Измерив также значения амплитуды в ближайших локальных максимуме и минимуме осциллограммы (I_max и I_min), получим значение фазы в анализируемой точке по формуле:

D j = arccos{2(I - I_min)/(I_max - I_min) - 1} + 2p m

Рассмотрим отдельные узлы установки.

1. Обычный используемый для восстановления голограмм непрерывный лазер с коллиматором или короткофокусной линзой в зависимости от геометрии записывающих пучков и желаемого масштаба восстановленного изображения. В случае голограммы сфокусированного изображения или контрнаправленной голографической схемы можно применить для восстановления источник белого света.

2. Объектив служит главным образом для преобразования масштаба изображения, поскольку для повышения пространственного разрешения и точности анализа желательно использовать всю площадь мишени видикона, а изображения бывает самых разных размеров. Если предметный пучок был направленным, апертура объектива должна быть не меньше апертуры используемого голограммного дифракционного порядка восстановленного поля, если же предметный пучок был диффузным, зрачок объектива может быть любого размера. Фокальное расстояние выбирается из требований необходимого преобразования масштаба и расстояния от голограммы до объектива, определяемого условием разделения дифракционных порядков. В наших экспериментах апертура восстановленного дифракционного порядка равнялась 45 мм, рабочая площадь мишени видикона 4,9´ 6,5 мм. С объективом И-51 (фокусное расстояние 21 см) расстояние

от голограммы до объектива составило 2 м.

3. Телекамера "Электроника - Л-50", входящая в состав МГУ-1, с видиконом ЛИ-437-1 обеспечивает формирование видеосигнала для видеоконтрольного устройства и осциллографа. Необходимо сравнить видикон со стандартным в интерферометрии фотоприемником - фотоэмульсией. Согласно /3,4/, видикон, проигрывая фотопленкам по разрешающей способности и пороговой чувствительности, превосходи ее по динамическому диапазону (до 10³), имея меньшие погрешности измерения интенсивности света (5% против 20%-30%). В стандартном режиме камера "Электроника - Л-50" обладает большой неравномерностью сигнала по полю изображения, поэтому используя ее в установке для количественных измерений, необходимо, жертвуя чувствительностью, отрегулировать глубину АРУ и ток пучка видикона для снижения неравномерности по полю изображения до приемлемой величины. В результате удалось снизить неравномерность до 2,5%. В то же время чувствительность осталась вполне достаточной для работы с восстановленным с мультиплексной голограммы лазером ЛГ-52-1 элементарным изображением. Для работы каперы в линейном режиме между голограммой и объективом вводился один из светофильтров НС2, НС7, TC1, TС4 или их комбинация.

4. ВКУ позволяет оператору наблюдать интерференционную картину и измеренное сечение. В случае поточных измерений привязка реконструируемого печения и начала координат для всех проекций производится позиционированием реперной точки на определенную метку и номер строки.

5. Осциллограф С9-1 работает в режиме исследования видеосигнала. БВС обеспечивает жесткую привязку развертки к определенной строке телевизионного сигнала, производя фотометрирование строки изображения. Единственно, чего не хватает в этом осциллографе для количественных измерений как амплитудных, так и пространственных характеристик изображения - индикатора пространственного масштаба. Поэтому в осциллограф был дополнительно введен генератор яркостных меток на развертке. Их количество и расположение

на исследуемом участке изображения установить, исходя из целей эксперимента и алгоритма обработки.

Отсчет амплитуды сигнала в определенной точке удобнее всего вести, совмещая эту точку с выбранным на экране осциллографа нулевым уровнем путем изменения напряжения компенсации постоянной составляющей сигнала и измеряя его устройством 7.

6. В простейшем случае это может быть цифровой вольтметр, измеряющий в итоге с неким коэффициентом, определяемым всеми узлами установки, интенсивность в выбранной точке изображения. Этот коэффициент проще всего определить прямым измерением, но, как правило, он не нужен, поскольку в интерферометрических измерениях нужно знать относительную интенсивность. Удобно в качестве 7 использовать программируемый микрокалькулятор МК-64, имеющий аналоговый вход и выход через интерфейс на ЦПУ. Тогда в реальном времени можно поточечно обрабатывать интерферограмму и выдавать на печать фазовый набег предметной волны или, если заложить с программу модель объекта, - его физические характеристики. Если требуется более сложная обработка, которую не удается реализовать с помощью весьма скромных возможностей МК-64, можно в качестве 7 использовать АЦП ЭВМ, вводя в нее, таким образом, информацию непосредственно с восстановленного изображения голограммы. Позволяя избежать множества промежуточных операций, установка значительно увеличивает производительность и точность обработки голографических интерферограмм.

Литература

1. Оптическая голография / Под ред. Колфилда Г.В. В 2-х томах. М.: Мир, 1982, 736с.

2. Анцибор В.Я., Беззубов О.Б., Гнатюк В.И., Тырса В.Е. // Прикладные вопросы голографии. Л., 1962, с.128.

3. Канцельсон Е.В., Калугин А.М., Ларионов А.С. Электровакуумные электронные и газоразрядные приборы. М.; Радио и связь, 1985, 864 с.

4. Турлев Д.С. Справочник по фотографии (светотехника и материалы). Киев: Техника, 1966, 368 с.