Аннотация
Изложены теоретические основы голографометрии, описан голо-графический измерительный комплекс аппаратуры, позволяющий производить запись голограмм и интерферограмм стационарных и динамических объектов, приведены алгоритмы обработки голографической информации для получения количественных данных измерений.
Для инженерно-технических работников, использующих в своей работе голографические методы измерений.
**
Предисловие
Голография — новое направление прикладной физики, появившееся сравнительно недавно, но завоевавшее широкую известность среди специалистов различных специальностей и даже среди широкой публики.
Популярность голографии — следствие ее заманчивых возможностей, позволяющих значительно расширить границы познания человеком окружающей природы, создать совершенно новые изобразительные средства, новые более информативные ЭВМ и системы распознавания, осуществить неразрушающий контроль и точные измерения изделий в процессе производства, в том числе там, где ранее для этих целей использовались только качественные методы оценки либо измерения и контроль были невозможны.
После появления в печати трудов основоположников голографии [1—3] количество публикаций растет из года в год. Изданы монографии и обзорные книги, в которых изложены основы голографии и приведены примеры ее применения {4—12, 157]. В этих изданиях и мно-численных статьях практически не освещались вопросы применения голографии как нового метода измерений и связанные с этим метрологические проблемы: требования к средствам голографических измерений, разработка этих средств и методик основных видов измерений, условия получения единых и достоверных результатов измерений и др.
Вопрос об использовании методов голографии в метрологии и о развитии измерений как раздела метрологии впервые был поставлен авторами в 1971 г. [14] и частично отражен в монографиях [13, 15, 16].
В настоящее время голографические измерения (или голографометрия) —сравнительно молодой, быстрораз-вивающийся раздел науки об измерении процессов и физических величин, объединяющий совокупность методов и средств, использующих все виды измерений, применяемых в методах голографии для извлечения полной и достоверной количественной информации о трехмерном объекте или процессе по голограмме, на которой записана интерференционная картина между дифрагированной волной, идущей от объекта или процесса, и однородным когерентным фоном.
Данная книга, посвященная физическим основам голографометрии, основана главным образом на оригинальных работах авторов и их учеников, выполненных в 1967—1980 гг.
В книге пять глав. В первой излагаются задачи практической голографии как нового вида измерений процессов и величин; описываются основные схемы и методы, используемые для измерения; формулируются общие требования к составу голографического измерительного комплекса и задачи метрологического обеспечения голографических измерений; рассматриваются основные требования к средствам поверки голографической измерительной аппаратуры. Описана серийно выпускаемая в СССР голографическая измерительная аппаратура для записи голограмм в оптическом диапазоне волн; приведены краткие сведения о новых голо-графических приборах и приспособлениях, находящихся в стадии разработки.
Во второй главе излагаются физические основы методов голографических измерений и их основные метрологические характеристики; приводятся результаты анализа основных звеньев голографического процесса с точки зрения определения источников погрешностей и обоснования требований, предъявляемых к источникам излучения, голографическим схемам и аппаратуре, предназначенным для проведения голографических измерений стационарных и динамических объектов. Рассматриваются теоретические и практические аспекты реализации методов голографических измерений в оптическом и СВЧ диапазонах волн.
В третьей главе описаны методы обработки голографической информации: фотограмметрические, машинные и корреляционные. Рассматриваются новые методы выделения характерных признаков изображения, основанные на иопользовании известных данных о распознавании образов человеком, позволяющие строить оптимизированные корреляционные системы распознавания. Дано краткое описание многоканальных голографических корреляторов, подготавливаемых к серийному выпуску. Описаны алгоритмы цифровой обработки голографических интерферограмм, цифрового восстановления голограмм, полученных в неоптическом диапазоне волн, цифрового моделирования голографических процессов й систем.
В четвертой и пятой главах освещены применения методов и средств голографических измерений для решения задач народного хозяйства: неразрушающего контроля качества оптических волн, исследования процессов в живых клетках, неразрушающего контроля качества кристаллов, в том числе в процессе их роста, исследования процесса горения конденсированных веществ, определения сплошности многокомпонентных потоков, исследования процесса подачи топлива в дизелях, определения оптимальных условий хранения монументальной живописи и др.
Все рисунки, номера которых отмечены звездочкой (*), помещены на вклейке в конце книги.
Авторы надеются, что книга окажется полезной широкому кругу читателей: разработчикам методов и аппаратуры для голографии, научным работникам, инженерам, биологам, врачам, реставраторам, работающим в области голографии и ее применений.
Авторы глубоко признательны рецензентам книги чл.-корр. АН СССР Л. Д. Бахраху и д-ру физ.-мат. наук, проф. Ю. А. Быковскому за ценные указания, учтенные при доработке рукописи.
Авторы выражают сердечную благодарность Я. А. Габелеву за большую помощь при подготовке и редактировании рукописи.
***
Оглавление
Предисловие 3
Глава 1 Голография как метод измерений
1.1. Виды голографических измерений и их особенности 6
1.2. Основные методы и области применения голографических измерений 10
1.3. Общие требования к составу голографического измерительного комплекса . 15
1.4. ГолографииеСкая измерительная аппаратура 19
1.5. Метрологические проблемы обеспечения голографических измерений 36
Глава 2
Физические основы методов голографических измерений
2.1. Зависимость между коэффициентом в иди ости и параметрами взаимодействующих интерферирующих волн 41
2.2. Ограничения, накладываемые на голографические измерения динамических объектов эффектом Доплера, и пути их преодоления 55
2.3. Голографические интерференционные измерения фазовых объектов и их особенности 58
2.4. Голографические измерения дисперсной фазы многокомпонентных динамических систем 70
2.5. Голографические интерференционные измерения отражающих объектов 73
2.6. Методы голографических измерений в СВЧ диапазоне волн 90
Глава 3
Методы обработки голографической информации
3.1. Фотограмметрические методы измерений голографических изображений ПО
3.2. Решение обратной задачи определения распределения показателя преломления фазовых объектов по измерению оптической длины пути или ее производной 126
3.3. Голографические корреляционные методы измерений . . 138
3.4. Обработка оптических изображений на входе и выходе голографических корреляторов, ЭВМ и каналов связи . 154
3.5. Расфокусировка как средство выделения информативных фрагментов и зрительный анализатор 158
3.6. Расфокусировка как средство получения обобщенного образа изображения на входе голографического коррелятора 166
3.7. Представление оптических изображений в голографических корреляторах с помощью генетических функций 171
3.8. Антропоподобный «рисующий» робот 177
3.9. Использование расфокусировки для автоматизации процесса ввода голографических изображений в ЭВМ 182
3.10. Использование расфокусировки для сужения полосы пропускания телевизионных каналов . 184
3.11. Сравнение метода расфокусировки с другими антропо-добными методами распознавания образов 185
3.12. Цифровая голография 189
Глава 4
Применение голографических методов измерения для исследования стационарных объектов и медленно протекающих процессов
4.1. Исследование растительных клеток 213
4.2. Исследование клеток крови 215
4.3. Исследование кристаллов 221
4.4. Неразрушающий контроль оптических волокон . 230
4.5. Измерение толщины тонких пленок 236
4.6. Определение оптимального температурно-влажностного режима хранения фресок 238
4.7. Измерение рельефа поверхности магнитных дисков 241
4.8. Голографический неразрушающий контроль изделий в СВЧ диапазоне . 244
Глава 5
Применения голографических методов измерений для исследования динамических объектов и быстро протекающих процессов
5.1. Измерение сплошности двухфазных потоков .... 248
5.2. Измерение распределения скоростей в водосливной струе 250
5.3. Исследование процесса горения конденсированных систем 253
5.4. Исследование взрыва проволочек 258
5.5. Исследование разряда в импульсных лампах .... 265
5.6. Исследование структуры дисперсно-кольцевого потока 267
5.7. Исследование топливной аппаратуры автомобильных дизелей . 269
5.8. Визуализация ультразвуковых полей в оптически прозрачных средах 279
Список литературы 282
Предметный указатель . 291
