Влияние характеристик регистрирующих фотосенсоров на качество восстановления изображений цифровыми голограммами Френеля

• Автор: Черёмхин, Павел Аркадьевич
• Шифр специальности: 01.04.21
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 126 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение
1 Оценки параметров регистрируемых объектов и сравнение методов улучшения качества цифровых голограмм и численного восстановления изображений объектов
1.1 Оценки параметров объектов при записи цифровых голограмм Френеля
1.1.1 Оценки поперечного разрешения и размеров регистрируемых объектов..
1.1.2 Оценки продольного разрешения регистрируемых объектов
1.2 Сравнение методов численного восстановления изображений с цифровых голограмм Френеля
1.2.1 Условия численных экспериментов по моделированию записи и восстановления изображений с голограмм Френеля
1.2.2 Сравнение методов численного восстановления изображений с цифровых голограмм
1.3 Методы улучшения качества восстановленных изображений с цифровых голограмм
1.3.1 Сравнение методов подавления нежелательных порядков дифракции путём численной фильтрации
1.3.2 Уменьшение спекл-шума на восстановленных полях
1.3.3 Влияние шумовых и радиометрических характеристик фото- и видеокамер на качество восстановленных изображений с цифровых голограмм
2 Экспериментальная запись цифровых голограмм Френеля и восстановление изображений объектов
2.1 Экспериментальная установка для записи цифровых голограмм Френеля «плоских» объектов и объёмных сцен
2.1.1 Схема экспериментальной установки
2.1.2 Условия проведения экспериментов
2.1.3 Определение расстояния от объекта до голограммы по численно восстановленным полям
2.2 Экспериментальная проверка оценок предельных параметров регистрируемых на голограммы объектов
2.2.1 Определение поперечных размеров объекта по численно восстановленному изображению
2.2.2 Экспериментальная проверка расчётных оценок предельных параметров регистрируемых объектов
2.2.3 Поперечное и продольное разрешение численно восстановленных изображений объекта
2.3 Запись цифровых голограмм объёмных сцен и их фильтрация от нежелательных порядков дифракции
2.3.1 Запись цифровой голограммы объёмной сцены в режиме «на просвет» и численное восстановление изображения объекта с неё
2.3.2 Запись цифровых голограмм объёмных сцен в режиме «на отражение» и численное восстановление изображения объекта с неё
2.3.3 Подавление нежелательных порядков дифракции путём численной фильтрации
2.4 Экспериментальные результаты по записи цифровых голограмм при пространственпо-некогерентном освещении
2.5 Оптическое восстановление изображений и динамическое отображение объёмных
сцен с помощью цифровой голографии
2.5.1 Методы оптического восстановления изображений с цифровых голограмм, выведенных на физический носитель
2.5.2 Эксперименты по динамическому отображению цифровых голограмм с помощью фазового пространственно-временного модулятора света
2.5.3 Эксперименты по динамическому отображению объёмных сцен с помощью цифровой голографии
3 Измерение шумовых и радиометрических характеристик цифровых фото- и
видеокамер
3.1 Экспериментальная установка и измерение радиометрических функций фото- и видеокамер
3.1.1 Экспериментальная установка для измерения шумовых и радиометрических характеристик фото- и видеокамер
3.1.2 Измерение радиометрических характеристик фото- и видеокамер
3.2 Методика измерения временных шумов фото- и видеокамер и полученные результаты
3.2.1 Методика измерения временных шумов фото- и видеокамер
3.2.2 Измерение световых и темновых временных шумов фото- и видеокамер
3.3 Методика измерения пространственных шумов фото- и видеокамер и полученные результаты
3.3.1 Методика измерения пространственных шумов фото- и видеокамер
3.3.2 Измерение световых и темновых пространственных шумов фото- и видеокамер
3.4 Экспериментальная оценка статистических распределений шумов камер
3.5 Методика получения портрета световых пространственных шумов фото- и видеокамер и полученные результаты
3.5.1 Методика получения портрета световых пространственных шумов фотосенсоров фото- и видеокамер
3.5.2 Измерение портрета световых пространственных шумов экземпляра камеры
3.5.3 Идентификация снимков, сделанных экземпляром камеры, по портрету световых пространственных шумов
3.6 Анализ характеристик цифровых камер для целей цифровой голографии
4 Отношение сигнал/шум и его увеличение для восстановления изображений цифровыми голограммами
4.1 Численная модель регистрации световых распределений цифровыми камерами с учётом их характеристик
4.2 Оценка отношения сигнал/шум при регистрации одиночных кадров
4.2.1 Отношение сигнал/шум в регистрируемых световых распределениях
4.2.2 Отношение сигнал/шум в восстановленных изображениях с цифровых голограмм
4.3 Метод увеличения отношения сигнал/шум за счёт пространственного усреднения по соседним пикселям при однократной и многократной экспозициях
4.3.1 Увеличение отношения сигнал/шум в регистрируемых световых распределениях

На полученных при различных значениях расстояния г численно восстановленных изображениях видны три («+1», «О» и «-1») порядка дифракции. Измеренное значение удаленности объекта от голограммы ъ составило 900 ± 5 мм, а по резкости восстановленных изображений - 900 ± 30 мм. Как видно, полученные величины согласуются друг с другом.
Данная цифровая голограмма была бинаризована, и численно восстановлено поле с неё. Восстановленное изображение приведено на рисунке 2.3г. Разница в численно восстановленных изображениях объекта (см. рисунок 2.3а, г) визуально незначительна, а НСКО изображений объектов составляет 0,2. Данный результат указывает на следующие возможности использования бинаризации цифровых голограмм:
- уменьшение размера файлов голограмм при их хранении и передаче по каналам связи,
- вывод таких голограмм для оптического восстановления на физические носители с бинарной модуляцией, а не только многоградационной [44-45].
На рисунке 2.4а в увеличенном масштабе показано восстановленное изображение объекта, приведённое на рисунке 2.3а. На рисунке 2.46 в том же масштабе показано восстановленное изображение объекта с той же голограммы 512x512 отсчётов, дополненной отсчётами нулевой яркости до числа отсчётов 2048x2048. Видно, что размер и разрешение элементов изображения объекта остались прежними. При этом характерные размеры спеклов, образующих изображение, уменьшились примерно в четыре раза, что соответствует уменьшению размера отсчёта на поле восстановления в четыре раза.

Рисунок 2.4 - Численно восстановленные изображения объекта с голограммы с числом отсчётов 512x512: без дополнения числа отсчётов (а), с дополнение числа отсчётов до 2048x2048 (б)