ВВЕДЕНИЕ 4
1 ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ГОЛОГРАФИИ 6
1.1 Регистрация и восстановление голограмм 7
1.2 Цифровая голография 11
1.3 Сравнение методов цифровой и фото-голографии 12
1.4 Основные оптические схемы записи голограмм 14
1.5 Восстановление цифровых голограмм 17
2 ОБЗОР МЕТОДОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КООРДИНАТ ПО
ДАННЫМ ИЗ ЦИФРОВЫХ ГОЛОГРАММ 20
2.1 Определение продольных координат частиц 20
2.1.1 Метод корреляции 20
2.1.2 Метод определения продольного положения частицы по
минимуму интенсивности в центре изображения частицы 22
2.1.3 Метод, основанный на исследовании гистограммы
уровня яркости 24
2.1.4 Граничный контраст 26
2.1.5 Сравнение методов определения продольных координат
частиц 28
2.2 Определение поперечных координат частиц 28
3 АПРОБАЦИЯ РЕАЛИЗОВАННЫХ МЕТОДОВ НА
ПЛАНКТОННЫХ ЧАСТИЦАХ 30
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 35
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ 36
2017 год проходит в России под знаком охраны окружающей среды, а потому задачи улучшения экологической сферы являются основными для государства и общества.
Методы цифровой голографии позволяют детально исследовать частицы размерами от сотни микрометров и выше, в результате чего они востребованы при исследовании планктонных частиц в их естественной среде обитания.
Планктон - разнородные, в основном мелкие организмы, свободно дрейфующие в толще воды и не способные сопротивляться течению. Планктон непосредственно или через промежуточные звенья пищевой цепи является пищей для большинства водных животных. Он может являться биоиндикатором среды. Исследования зоопланктонных организмов помогают определить загрязнённость водоёмов и определить экологические особенности определённой области. Поэтому задача исследования планктона как биоиндикатора актуально в наше время.
Оценка окружающей среды исследуется по двигательной активности планктона. В естественной среде обитания, с помощью погружаемых устройств. Для этих целей используется цифровая голография.
При использовании методов цифровой голографии, можно получить следующие данные о частицах: форма, размер, пространственное положение и скорость каждой частицы. Цифровая голография позволяет записывать, хранить, обрабатывать и быстро преобразовывать огромное количество данных. А также не воздействует на исследуемый объём и не требует предварительной информации об объекте.
Цифровая голография используется не только для детального исследования формы, ориентации и измерения размеров частиц, но и для определения их положения в пространстве с целью последующего исследования динамики, построения траектории движения.
В работе рассмотрено несколько методов определения пространственного положения частиц по восстановленным изображениям с цифровых голограмм. Но предложенные методы не подходят, так как определяют координаты либо сферических частиц, либо частиц, размеры которых соответствуют размерам несколько пикселей ПЗС-камеры. Разработка методов определения координат частиц, сложной формы, по данным восстановленным из цифровых голограмм, является актуальной задачей.
В работе рассмотрены основные принципы регистрации и восстановления цифровых голограмм. Проведено сравнение схем регистрации цифровых голограмм. На основании сравнения выбрана осевая схема на просвет, поскольку она менее требовательна к разрешающей способности приёмника.
В работе приведён анализ существующих методов определения продольного положения частиц по восстановленным изображениям с цифровых голограмм. Пространственное положение частицы может быть определенно по данным из цифровых голограмм, если в качестве продольной координаты выбрать расстояние восстановления, соответствующее плоскости наилучшей фокусировки голографического изображения частицы методом ГК, а в качестве поперечных координат - координаты центра тяжести изображения в указанной плоскости.
Произведена апробация реализованных методов на планктонных частицах. В результате чего было получено пространственное положение планктонных частиц, построена её траектория движения и определенна скорость.
Предложены рекомендации для использования данного метода для оценки экологического состояния акватории.
