Восстановление волновых полей и анализ изображений при спектрально-широкополосной регистрации цифровых спекл-картин

• Автор: Петров, Николай Владимирович
• Шифр специальности: 01.04.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 108 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение

ГЛАВА 1. Обзор работ

1.1. Сведения из скалярной теории дифракции

1.2. Развитие методов восстановления волнового фронта

1.3. Увеличение информационного наполнения

1.4. Теорема Д. Габора о степенях свободы в оптической системе

1.5. Спектр возможных применений данных методов

1.6. Постановка задачи

ГЛАВА 2. Описание математической модели восстановления волнового фронта при спектрально-широкополосной регистрации
2.1. Пространственные и спектральные наборы данных
2.2. Обобщенный итерационный алгоритм восстановления волнового фронта
2.3. Критерии оценки качества восстановленного изображения
ГЛАВА 3. Численное и экспериментальное исследование обобщенного алгоритма восстановления волнового фронта
3.1. Восстановление амплитудных и фазовых характеристик
3.2. Критерий выбора пространственных и спектральных отсчетов .
3.3. Оценка предельно достижимой точности восстановления
3.4. Экспериментальная апробация разработанной методики с тремя ВОВ-лазерами
3.5. Использование излучения спектрального суперконтинуума в качестве источника записи
3.6. Моделирование и учет погрешностей, возникающих в реальном эксперименте
ГЛАВА 4. Анализ изображений треков высокоскоростных самосветящих-
ся частиц при спектрально-широкополосной регистрации
4.1. Введение
4.2. Экспериментальная установка
4.3. Программное обеспечение для обработки экспериментальных данных
4.4. Обсуждение полученных результатов
Заключение
Литература
Приложения
Приложение
Приложение

ВВЕДЕНИЕ
Термин спектрально-широкополосная регистрация объединяет обширный набор методов, в которых ключевую роль играет регистрация электромагнитного излучения в широком спектральном диапазоне спектра. Данная работа посвящена разработке метода восстановления волнового фронта произвольного амплитудно-фазового объекта по мультиспектральным распределениям интенсивностей спекл-картин, а также анализу спектральноширокополосных изображений треков сверхзвуковых самосветящихся частиц в газовом потоке.
Актуальность темы исследования.
При регистрации изображения объекта в виде распределения интенсивности его светового поля происходит потеря важной информации о фазе рассеянной им волны, знание которой позволяет восстановить форму волнового фронта объекта и тем самым дать значительно более полную характеристику его оптических свойств. Хорошо известен голографический метод преодоления указанного недостатка, основанный на использовании на стадии регистрации изображения дополнительной опорной волны, когерентной по отношению к объектной и формирующей с ней интерференционную картину, которая содержит информацию о фазе объектной волны.
Голограмма объекта обладает громадной информационной емкостью, поскольку характеризует присущие объекту оптические свойства с предельной детальностью, обеспечение которой требует соответствующих затрат энергии, а также высокой пространственно-временной когерентности используемого излучения. Однако существует широкий класс задач, для решения которых важно не столько детальное знание тонкой структуры объекта, сколько информация об изменениях этой структуры под влиянием тех или иных внешних воздействий, либо просто требуется распознать объект но его внешнему виду. В этом случае решающим фактором становится оперативность получения достаточно надежной информации при минимальных энергетических затратах и требованиях к качеству используемого излучения.

4. После выполнения М таких шагов вычисляется среднее значение фазы:
ф5+1 = ^Х/1г&г/5> (1-65)

которое используется на следующей итерации.
5=1 Vх — |(/°| ехр(/Ф :

ЕЧ5 .
сл II 1Л ехр(гФ5)Д5| _ I т т I
фъ 1-1 = ^ ^2 аго 1/5
1 к ' У'5 = Д5 5=М « рМ < ■■■■■■ 141 < ехр(/Ф5) ё V'

V — |г>| ехр(гф)
Рис. 6. Блок схема итерационного алгоритма на основе преобразования вращения.
При экспериментальной реализации, уравнение, отвечающее за преобра-