Л.А. ПОРШНЕВА, П.А. ЧЕРЁМХИН Научные руководители: Н.Н. ЕВТИХИЕВ, С.Н. СТАРИКОВ

Л.А. ПОРШНЕВА, П.А. ЧЕРЁМХИН
Научные руководители: Н.Н. ЕВТИХИЕВ, С.Н. СТАРИКОВ
Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»
УЛУЧШЕНИЕ КАЧЕСТВА ЧИСЛЕННОГО
И ОПТИЧЕСКОГО ВОССТАНОВЛЕНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЙ
С ЦИФРОВЫХ ГОЛОГРАММ
Для улучшения качества численно восстановленных изображений программно
реализованы и сравнены методы численной фильтрации нежелательных порядков
дифракции. Для улучшения качества оптического восстановления осуществлено
преобразование голограмм в киноформ, мультиплицирование голограмм, уменьшение диапазона модуляции фазы пространственно-временного модулятора света.
Записаны цифровые голограммы Френеля с числом отсчётов до
2048×2048 и численно восстановлены изображения с них методом прямого расчёта дифракции Френеля. Для улучшения качества численного восстановления программно реализованы и применены девять методов подавления неинформативных дифракционных порядков, которые могут
быть объединены в 3 группы:
1. Фильтрация в пространственной плоскости вычитанием из голограммы: её среднего значения; средних значений по группам элементов голограммы; значений, полученных медианной фильтрацией (МФ).
2. Фильтрация в частотной плоскости: выбором области обнуления частот (ВО); обнулением частот по порогу; вычислением лапласиана;
использованием оконного фильтра (ОФ1 и ОФ2).
3. Нелинейная фильтрация по квадрантам в частотной плоскости (НФК).
В ходе экспериментальной апробации использовались различные записанные цифровые голограммы Френеля. Практически полное подавление «0» и «-1» порядков дифракции продемонстрировали методы ВО,
НФК и ОФ1 (см. рис.1). Метод МФ также показал хорошие результаты.
а
б
в
г
Рис. 1. Восстановленные с цифровой голограммы изображения объекта без фильтрации (а) и с использованием методов фильтрации: НФК (б), ОФ1 (в), ВО (г)
Так как цифровые голограммы являются «амплитудными», то при оптическом восстановлении с помощью фазового пространственновременного модулятора света (ПВМС) качество восстановления будет
хуже, чем при использовании амплитудного ПВМС. Поэтому для улучшения качества изображений, восстанавливаемых оптически при помощи
фазового ПВМС, предложено преобразование цифровых голограмм в киноформы. Также это позволит повысить дифракционную эффективность.
Программно реализованы 4 метода синтеза киноформов для формирования плоских изображений: алгоритм Герчберга-Сэкстона, алгоритм
Герчберга-Сэкстона с весовыми коэффициентами, адаптивно-аддитивный
алгоритм (АА), алгоритм Фьенапа. Для оценки качества численного восстановления изображений объекта использовалось нормированное среднеквадратическое отклонение (НСКО) восстановленного изображения от
оригинала. Лучшие результаты по величине НСКО продемонстрировал
метод АА, который и использовался в реальных экспериментах.
Для улучшения качества оптического восстановления изображений
проведено мультиплицирование киноформов и голограмм, а также
уменьшен диапазон модуляции фазы ПВМС. Мультиплицирование позволяет уменьшить спекл-шум в восстанавливаемых изображениях.
Уменьшение диапазона модуляции фазы ПВМС позволяет приближать
характеристики отображаемых дифракционных элементов к амплитудным, что и требуется в случае вывода амплитудных цифровых голограмм
на фазовый ПВМС. Осуществлено модельное и реальное оптическое восстановление изображений с помощью фазового жидкокристаллического
ПВМС HoloEye PLUTO VIS. Мультиплицирование улучшило качество
оптически восстанавливаемых изображений. При реальном оптическом
восстановлении улучшение качества при уменьшении диапазона модуляции фазы ПВМС практически не наблюдается. Это связано с влиянием
временных флуктуаций фазы ПВМС, амплитуда колебаний которых достигает 1,19π [1]. Использование синхронизации ПВМС с регистрирующей цифровой камерой позволит достичь улучшения качества, близкого к
полученному при моделировании.
Таким образом, реализованы и сопоставлены различные методы
улучшения качества восстановления изображений с цифровых голограмм.
Список литературы:
1. Евтихиев Н.Н., Стариков С.Н., Краснов В.В., Родин В.Г., Черёмхин П.А. Измерение
временных флуктуаций модуляции фазы в ЖК ПВМС HoloEye PLUTO VIS – Тезисы
докладов 48 Всероссийской конференции по проблемам физики частиц, физики плазмы и
конденсированных сред, оптоэлектроники, Москва, 2012, с.250-253.