Реферат: Синтез голографического изображения с помощью компьютера
Соотношения между размерами сеток s П и s Г получим из (1 ) с учетом того, что и
(5)
Выбор сеток в плоскостях П и Г означает, что все непрерывные функции в этих плоскостях могут быть представлены своими дискретными значениями в узлах сетки. Эти значения теперь являются функциями номеров узлов, т.е. m и n в плоскости П, p и q в плоскости Г. Для отличия от непрерывных величин аргументы дискретных величин будем обозначать индексами, например Еmn, вместо Е(хm,уn), Аpq вместо А(р,q). Установим соответствие между основными физическими величинами, рассмотренными ранее, и их цифровыми моделями. Поле в плоскости П представим так:
(6)
дискретное преобразование Фурье от h mn определит соотношение:
(7)
Примем c учетом (6)
(8)
Цифровая модель голограммы Фурье будет иметь вид
(9)
где
(10)
Величину можно интерпретировать как коэффициент двойного ряда Фурье от дискретной функции, заданной на двумерном интервале MN
. При этом в уравнении голограммы последнее слагаемое является не чем иным, как косинусным коэффициентом Фурье
изображения предмета. С учетом изложеного уравнение цифровой голограммы Фурье, удобное для расчетов на ЭВМ, принимает вид:
(11)
Здесь в общем случае имеем
(12)
(13)
(14)
В двух первых формулах последние члены в прямоугольных скобках используются при наличии рассеивателя со случайной фазой. Если рассеиватель не используют, то они равны нулю и формула упрощается.
При компьютерном расчете структуры голограммы исходной информацией является изображение, которое разбивают на отдельные участки в соответствии с выбранной сеткой (т.е. из изображения делают выборку значений Еmn в узлах сетки), а также задаваемые параметры M, N, k Г, . В результате расчета должны быть получены величины
прозрачности голограммы в узлах сетки
Г .
Основой вычисления является выполнение дискретного преобразования Фурье (ДПФ), причем двумерное преобразование выполняется в два этапа: сначала по строкам, а затем по столбцам. Последовательность вычислений показана на рис.2 . Для выполнения одномерных преобразований используется алгоритм быстрого преобразования Фурье (БПФ).
Для удобства вычислений матрицу , полученную после преобразования строк, транспонируют и повторное преобразование также выполняют по строкам. В результате двойного БПФ получают коэффициенты
и
по которым и определяют значения
. Результаты вычислений вместе с заданными параметрами используют для расчета прозрачности голограммы по ее формуле. Эти значения и выдает машина.
Отпечатанную цифровую голограмму затем фотографируют с соответствующим уменьшением и используют для восстановления
|
Рис. 2 Последовательность вычислений голограммы Фурье |
изображения оптическим путем. Очень часто голограмму Фурье пеставляют в двоичном (бинарном) виде. В этом случае ее прозрачность имеет только два значения: 0 или 1. Двоичную голограмму рассчитывают следующим образом. Прозрачность голограммы как функцию пространственных частот обозначим через . Выберем некоторый порог А'. Если
больше или равно А', то величине
сопоставим единицу, в противном случае– нуль. Это возможно записать как
(17)
В данном случае 1 соответствует уровню белого, а 0 - черного. Окончательно получим
(18)