АНАЛИЗ ПРОЦЕССА ПОЛУЧЕНИЯ ГОЛОГРАММ СФОКУСИРОВАННЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ

February 23, 2013 by admin Комментировать »

Леонтьев А. С., Семенова Е. Н., Фомичев Н. И. Ярославский государственный университет им. П. Г. Демидова ЯрГУ Ул. Советская, д. 14, г. Ярославль, 150000, Россия Тел.: +7(4852) 797770; e-mail: leontyev@uniyar.ac.ru

Аннотация – Статья посвящена исследованию возможности применения дифракционных фокусирующих элементов для получения СВЧ голограмм сфокусированных изображений. Рассмотрены преимущества и недостатки этого применения. Создана модель процесса построения изображения объекта с помощью амплитудной зонной пластинки Френеля. Проведено сравнение результатов, полученных в ходе математического моделирования с экспериментальными результатами.

I.                                       Введение

в связи с развитием радиолокации и смежных с ней областей техники стала актуальна проблема радиовидения, т. е. проблема получения визуальных изображений пространства в форме, близкой к привычным зрительным образам, используя радиоизлучение. Это актуально в тех случаях, когда необходимо получить изображение объекта, находящегося за оптически непрозрачной средой. Широкое применение получила радиоголография как метод создания копий предметов – формирования их трехмерных изображений. Первоначально голография предусматривала наличие фокусирующих элементов только для коллимации, расширения, формирования пучков. В голографии сфокусированных изображений линзы используются для формирования резкого, неразмытого изображения объекта, на которое накладывается опорная волна. В данном методе сохраняется основное достоинство голографии – регистрация полного амплитудно-фазового распределения в рассеянной предметом волне, кроме этого появляется ряд новых свойств.

Классические методы голографии в СВЧ диапазоне имеют свои недостатки: большие размеры приемных апертур (-50-100 длин волн) необходимые для получения достаточной разрешающей способности, что влечет за собой понижение быстродействия при регистрации изображения; низкий уровень сигнала, а следовательно малое отношение сигнал/шум в точке регистрации вследствие рассеяния объектом падающей на него волны. Использование дифракционных фокусирующих элементов позволяет решить эти проблемы. В голографии сфокусированных изображений в качестве опорной можно использовать плоскую или сферическую волну, а также использовать протяженный источник этих волн, что облетает техническую реализацию данного метода.

II.                              Основная часть

в основе модели лежит квазиоптическая система формирования радиоизображений, где в качестве фокусирующего элемента использовалась амплитудная зонная пластинка Френеля (АЗПФ).

Чтобы рассчитать распределение поля в некоторой плоскости наблюдения, необходимо знать распределение поля, падающее на АЗПФ и импульсный отклик радиообъектива для данной плоскости, далее в соответствие с принципом суперпозиции вычисляется интересующее распределение поля. Таким способом получается распределение поля объектной волны. [1, 2]

На полученное поле накладывается опорная плоская волна, падающая под некоторым углом на плоскость изображения и регистрируется полученная интерференционная картина квадратичным детектором. Амплитудное пропускание голограммы пропорционально сигналу на выходе этого детектора. Для восстановления изображения необходимо осветить голограмму опорной волной, падающей нормально на голограмму. В результате дифракции получается изображение объекта. [3, 4]

Для проверки работоспособности модели была получена голограмма и восстановлено изображение объекта, представляющего собой набор блестящих точек, образующих букву λ.

На рис. 1 представлены результаты математического моделирования.

Рис. 1. Буква 1; а) объект, б) амплитудное распределение поля объектной волны, в) восстановленное изображение, г) восстановленное изображение после фильтрации постоянной составляющей.

Fig. 1. Letter!: а) object, б) objective wave amplitude distribution, в) reconstructed image, г) reconstructed image after filter

Изображение на рисунке 1в – распределение поля, сформированное голограммой (восстановленное изображение) вкпючает в себя постоянную составляющую, мнимое и действительное изображение объекта. Благодаря тому, что постоянная составляющая имеет гораздо большую величину сложно разглядеть «полезное» изображение. Для его получения необходимо применять методы обработки изображений для фильтрации постоянной составляющей. На рис. 1г представлено действительное восстановленное изображение объекта после фильтрации постоянной составляющей.

Как видно из рис. 1 метод голограмм сфокусированных изображений является работоспособным и позволяет восстанавливать изображения исследуемых объектов.

Для проверки адекватности модели были проведены экспериментальные исследования по получению изображения точечного источника, в качестве которого использовался открытый конец волновода. Результаты представлены на рис. 2. При проведении эксперимента использовалась АЗПФ с параметрами D = F=0.16m, λ = 8.42 мм. Как видно из рис. 2, ширина экспериментально полученного изображения точки совпадает с результатами математического моделирования.

Рис. 2. Сравнение экспериментального (пунктир) и теоретического (сплошной) профилей.

Fig. 2. Comparison of experimentai (dotted iine) and tiieoreticai (soiid iine) profiles

III.                                  Заключение

Для получения голограмм сфокусированных изображений в радиодиапазоне целесообразнее применять зонные пластинки и линзы Френеля, которые по своим некоторым характеристикам не уступают, а даже превосходят линзы. Разработанная модель адекватно отображает процесс построения изображений с помощью зонной пластинки Френеля, а также позволяет проанализировать процесс получения голограмм сфокусированных изображений, а также восстановления по ним изображений объектов.

На основании результатов моделирования следует сказать о неблагоприятном влиянии постоянной составляющей голограммы, не несущей полезной информации об объекте, на восстанавливаемое изображение. Необходимо применять методы ее фильтрации. Актуальным является адаптация данной модели к задачам многочастотной голографии, что позволяет улучшить разрешение по дальности.

IV.                           Список литературы

[1]  Щукин И. И. Дифракционные фокусирующие элементы: Учебное пособие. – Ярославль, 1980.

[2]  Зверев В. А. Радиооптика (преобразования сигналов в радио и оптике). – М., Сов. радио, 1975.

[3]  Клименко И. С. Голография сфокусированных изображений и спекл-интерферометрия. — М., Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1985.

[4]  Бахрах Л. Д., Курочкин А. П. Голография в микроволновой технике. – М., Сов. радио, 1979.

THE ANALYSIS OF PROCESS OF FOCUSED IMAGES GOLOGRAPHY RECEPTION

Leontyev A. S., Semyonova E. N., Fomichev N. I.

Yarosiavi State University by P. G. Demidov YSU

14, Soviet street, Yarosiavi, 150000, Russia Pii.: +7 (4852) 797770, e-maii: ieontyev@uniyar.ac.ru

Abstract – Considered in this paper is the opportunity of diffraction focusing elements application for registration of focused images holograms in UHF band. Various aspects of this application are shown. The image reconstruction process by means of amplitude Fresnel zone plate is created. Results obtained during mathematical modeling have been compared with experimental results.

I.                                         Introduction

Originally holography is the method of wave front registration by amplitude and a phase recording in the form of interference pictures, provided presence of focusing elements only for collimation, expansions. In focused image holography lenses are used in order to form sharp, not dim image with the basic wave imposed. In the method proposed the basic advantage of holography: registration of full amplitude-phase distribution in the wave disseminated by the object is conserved; except this there are a number of new properties.

Classical methods of holography in the UHF band have some disadvantages:        greater sizes of reception apertures

(~50 wavelengths) necessary for reception of well resolution that entails downturn of speed at image detection; low signal level, and consequently small signal/noise ratio in the reception point (registration) owing to falling wave dispersion by the object. These problems are solved using diffraction focusing elements. In focused image holography the use of reference flat or spherical wave and electrically large sources of these waves is possible that facilitates technical realization ofthe method proposed.

II.                                        Main Part

The model is based on quasioptical system of radioimages generation, where amplitude Fresnel zone plate is used as a radio-object.

In order to calculate field distribution at some observation plane, it is necessary to know the field distribution at the zone plate, and pulse response of radio-objective for this plane. Then field distribution is calculated in accordance with the principle of superposition.

Then the reference flat wave, falling at some angle on a plane, is imposed on the image received and the result of interference is detected by square-law detector. Amplitude hologram transparency is proportional to the signal from detector output.

In order to test the model proposed, image of letter λ was calculated. Presented in fig. 1 are the results of modeling. Fig. 1 b) and r) shows necessity of constant component filtration. Apparently from fig. 1 method of focused images is efficient and allows restoring images of investigated objects.

Experiment has been conducted and the results have been compared to the simulation results. The image of point source (an open ended waveguide) has been obtained experimentally. Then the experimental distribution profile has been compared to the theoretical one. The width of the experimental point image coincides with theoretical one.

III.                                       Conclusion

The model proposed adequately displays image construction process by means of amplitude Fresnel zone plate, and allows analyzing process of focused images reception as well as objects images restoration.

It is necessary to apply methods of constant component filtration.

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», 2006г. 

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты