Аннотация
ВВЕДЕНИЕ 5
1. ГОЛОГРАФИЯ 10
1.1 Схемы регистрации голограмм 11
1.2 Процесс формирования изображения, восстановленного из
фотоголограмм 13
2. ЦИФРОВАЯ ГОЛОГРАФИЯ 17
2.1 Запись цифровой голограммы 17
2.2 Восстановление цифровых голограмм 18
3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 20
3.1 Регистрация цифровых голограмм тест-объектов 20
3.2 Аппаратно-программный комплекс радиофизических и оптических
методов 28
3.3 Регистрация цифровых голограмм планктона в естественной среде
обитания 30
3.4 Профиль концентрации частиц в воде по данным из цифровой
голографии 34
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 36
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 37
Голография - одно из замечательных достижений современной науки и техники. Голограммы обладают уникальным свойством - восстанавливать полноценное объемное изображение реальных предметов. Название происходит от греческих слов holos - полный и grapho - запсиь, что означает полную запись изображения.
Голография, представляющая собой фотографический процесс в широком смысле этого слова, принципиально отличается от обычной фотографии тем, что в светочувствительном материале происходит регистрация не только интенсивности, но и фазы световых волн, рассеянных объектом и несущих полную информацию о его трехмерной структуре. Как средство отображения реальной действительности, голограмма обладает уникальным свойством: в отличие от фотографии, создающей плоское изображение, голографическое изображение может воспроизводить точную трехмерную копию оригинального объекта. Такое изображение со множеством ракурсов, изменяющихся с изменением точки наблюдения, обладает удивительной реалистичностью и зачастую неотличимо от реального объекта.
Впервые идею голографии с полной определенностью сформулировал Д. Габор в 1947 году. Он теоретически и экспериментально обосновал возможность записи и последующего восстановления амплитуды и фазы волны при использовании двумерной (плоской) регистрирующей среды. Следующим этапом в развитии голографии явились работы Ю.Н. Денисюка, который в 1962 году показал возможность восстановления голограммой, зарегистрированной в трехмерной среде, не только амплитуды и фазы волны, но также и ее спектрального состава. Эти работы стали фундаментом трехмерной голографии (голографии в объемных средах) и ее приложений. Значительный вклад в развитие практических приложений голографии внесли Э. Лейт и Ю. Упатниекс, которые предложили внеосевую схему записи голограмм и впервые использовали лазер в качестве источника излучения при получении голограмм (1962-1964 гг.). Применение лазеров и разработка высокоразрешающих регистрирующих сред стимулировали расцвет голографии и ее приложения в таких областях как оптическая обработка информации, оптическое приборостроение, изобразительная техника, интерферометрия, лазерная техника, регистрация быстропротекающих процессов, неразрушающий контроль изделий и другие. Важными этапами развития голографии являлись: доказательство возможности записи и воспроизведения состояния поляризации излучения путем регистрации голограмм в средах с фотоиндуцированной анизотропией (Ш.Д. Какичашвили - 1972-1978 гг.); обоснование возможности голографической регистрации изменений параметров волнового поля во времени с использованием резонансных сред, сред с выжиганием провалов, а также методов спектрального разложения волновых полей (Е.И. Штырков, В.В. Самарцев - 1975 г.; П.М. Саари, А.К. Ребане, Р.К. Каарли - 1986 г.; Ю.Т. Мазуренко - 1984 г.). Новым перспективным научным направлением, включающим голографию и нелинейную оптику, является динамическая голография (Х. Герритсен - 1967 г., Е.И. Ивакин, А.С. Рубанов, Б.И. Степанов - 1970 г.). Голография открыла уникальные возможности для разработки принципиально новых методов и технологий, и в настоящее время нет областей оптики, в которых не применялся бы голографический метод, голограммные оптические элементы и устройства. Основные научно-технические применения голографии относятся к области оптической голографии и тесно связаны с развитием оптики в самом широком ее понимании. Развитие голографии происходило на научном фундаменте оптики и было подготовлено исследованиями большого количества выдающихся ученых, но становление голографии как науки связано с именами исследователей - американского ученого Д. Габора и русского ученого Ю.Н. Денисюка.
В настоящее время, в связи с динамичным развитием технологий цифровой регистрации и обработки оптических сигналов, голография получила новый импульс к развитию. Это регистрация голограмм на ПЗС (КМОП) матрицы и последующая численная обработка.
Существует ряд практических задач, где необходимо исследовать каждую частицу в достаточно протяжённом объёме (это может быть эритроциты крови, взвешенные и оседающие частицы в объеме среды, биологические объекты).
...
В ходе работы был проведён обзор оптических схем для регистрации цифровых голограмм, а также освоены методики регистрации цифровых голограмм частиц в объёме среды. Была проделана работа в лабораторных условиях по записи и восстановлению цифровых голограмм, а также изучены алгоритмы их обработки. Проведены эксперименты по оценки погрешности восстановления формы (площади) цифровых голограмм. Погрешность составляла не более 7 % по площади. Также были проведены эксперименты по регистрации и восстановлению живых планктонных особей в естественной среде обитания на озере Байкал. В Иркутском Лимнологическом Институте СО РАН были проведены исследования различных видов рыб. По результатам экспедиции была разработана методика построения профиля концентрации частиц в воде по данным из цифровых голограмм. Данная работа актуальна на сегодняшний день, так как с помощью цифровой голографии можно, как и осуществлять исследования каких-либо частиц, так и применять в медицине, например, для выявления раковых заболеваний на ранней стадии.
