Обработка когерентных изображений методом акустооптической пространственной фильтрации

• Автор: Костюк, Дмитрий Евгеньевич
• Шифр специальности: 01.04.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 170 с. : ил.

Глава 1. Основные закономерности АО взаимодействия

§1.1. Уравнения Рамана-Ната

§ 1.2. Особенности АО взаимодействия в анизотропных средах

1.2.1. Фотоупругий эффект

1.2.2. Обобщение уравнений Рамана-Ната на анизотропные среды

1.2.3. Геометрия анизотропного рассеяния

1.2.4. Анизотропная дифракция в оптически активных кристаллах

§1.3. АО взаимодействие волн, имеющих сложную пространственновременную структуру

Основные результаты главы

Глава 2. Передаточные функции АО взаимодействия

§2.1. АО ячейка как фильтр пространственных частот

2.1.1. Квазиортогональная геометрия
а) Слабое взаимодействие
б) Сильное взаимодействие
2.1.2. Тангенциальная геометрия
2.1.3. Квазиколлинеарная геометрия
§2.2. Пространственная структура АО фазового синхронизма в одноосных
кристаллах
§2.3. Двумерные передаточные функции АО дифракции
2.3.1. Передаточные функции в области малой анизотропии
АО качества
2.3.2. Передаточные функции в области большой анизотропии АО
качества
2.3.3. Экспериментальная визуализация передаточных функций
Основные результаты главы
Глава 3. АО обработка амплитудных изображений
§3.1. Пространственная фильтрация изображений
§3.2. Обработка одномерных изображений

§3.3. Обработка двумерных изображений
§3.4. Экспериментальные результаты
Основные результаты главы
Глава 4. АО визуализация фазовых объектов
§4.1. Методы визуализации
4.1.1. Метод темного поля
4.1.1. Нож Фуко (метод свилей)
4.1.1. Фазово-контрастный метод Цернике
4.1.1. Акустооптический метод
§4.2. АО визуализация одномерных фазовых объектов
§4.3. АО визуализация двумерных фазовых объектов
4.3.1. Визуализация при тангенциальной геометрии
АО взаимодействия
4.3.2 Компьютерное моделирование АО визуализации фазовых
объектов
§4.4. Визуализация волнового фронта в присутствии амплитудной
модуляции
§4.5. Экспериментальные результаты
Основные результаты главы
Заключение
Литература
Список публикаций автора

Актуальность темы исследования
В настоящее время трудно найти какую-либо область науки и техники, где не приходилось бы сталкиваться с вопросами обработки сигналов и измерения их параметров. Несмотря на огромные успехи цифровой вычислительной техники, которая сейчас, кажется, способна решить любые задачи обработки информации, внимание ученых и инженеров все более привлекают оптические методы обработки, предоставляющие ряд уникальных возможностей, которыми цифровые методы в принципе не обладают. Основными из таковых являются: возможность параллельной обработки информации, возможность построения устройств, в которых скорость обработки определяется только скоростью распространения оптических сигналов, и, конечно же, в первую очередь здесь следует назвать возможность выполнения «сверхбыстрого» преобразования Фурье над огромными массивами информации, содержащимися в оптических изображениях. Причем, в отличие от компьютерных методов, скорость вычисления фурье-образа в оптической системе одинакова для любого количества разрешаемых элементов в изображении, а сама оптическая схема состоит в принципе всего из одного элемента - линзы. Разумеется, эта простота ^отчасти кажущаяся, поскольку для достижения большой производительности нужен столь же быстрый ввод изображений в оптическую систему, что реализовать весьма не просто. Кроме того, несмотря на многовековую историю, оптика в технологическом плане пока существенно отстает от электроники, что также затрудняет создание конкурентоспособных устройств оптической обработки информации. Однако эти проблемы в настоящее время успешно решаются, и можно надеяться, что оптические устройства займут подобающее им место в информационной технике, тем более что разработки в области систем оптической обработки информации ведутся достаточно интенсивно [1-7].
Известные к настоящему времени методы оптической обработки информации можно разделить на три обширные группы. К первой группе относятся методы полностью оптической обработки, при которой в качестве носителя информации и управляющих сигналов используется только световой поток. Вторая группа включает в себя использование различных электрооптических явлений для создания устройств обработки, ввода и вывода информации, памяти и логических схем

являются лишь области тангенциальной геометрии, где d9s/d/—>00. Векторная диаграмма для такой тангенциальной геометрии АО взаимодействия изображена на рис. 10а. Её особенностью является то, что касательные к поверхностям волновых векторов, проведенные через концы векторов ко и кь параллельны.
Обозначим частоту, на которой d//dOB = 0, через ft, а соответствующий ей
угол Брэгга - через 3, . Дополнительным условием, отражающим особенности тангенциальной геометрии АО взаимодействия, является равенство нулю производной drj/d3, в точке {fn3t ). Это дает соотношение (d«0/d,9.)jд = -AKj2n,
где Kt = 2nft /v. Разлагая функцию ц(Эв ряд вблизи точки 3, , имеем:

+ {Ка-К,)3, +J&-3')
,2 d лп
d З2
Вводя безразмерные величины
а-ъЩ-:

F = A±, е = з№-,
f, / 2nv’

0 n d 3?
(2.17)
(2.18)
получаем вместо (2.4) следующее выражение для передаточной функции +1-го порядка [68]:
ra(I)(©,.) = -|sinc^ = -|sinc|£ (f2-i)+(A-1)©,.+^(©,.-©,)2
Условие Г| = 0 определяет частотную зависимость угла Брэгга: 2(^-1)'
(2.19)
©ВИ

1 ± Vl - + 4(f2 - 1)У[у"0, - 2(F -1)]21. (2.20)
График зависимости &в[р) в области тангенциальной геометрии представлен на рис. 106 сплошной кривой. При Р > 1 эта кривая имеет две ветви, которые соответствуют знакам ± в (2.20). Заштрихованная область является областью пропускания ячейки. Расчет проведен для анизотропной дифракции в парателлурите, когда плоскость АО взаимодействия образует угол а = 14° с оптической осью
этого среза кристалла /,=68 МГц, д, =-15.3°, ©,=-17.3, Уд =0.104 (при
А, = 0.63 мкм). Границы области пропускания построены для £2 = 2л.