Компьютерный синтез голограмм френеля трехмерных сцен

УДК 535.14(06)+004.056(06) Фотоника и информационная оптика
Н.М. КУЗНЕЦОВ, С.Н. СТАРИКОВ
Московский инженерно-физический институт (государственный университет)
КОМПЬЮТЕРНЫЙ СИНТЕЗ ГОЛОГРАММ ФРЕНЕЛЯ
ТРЕХМЕРНЫХ СЦЕН
Синтезированы голограммы Френеля трехмерных сцен. Проведена бинаризация, изготовление на лазерном принтере и оптическое восстановление синтезированных голограмм.
Синтезированные голограммы Френеля играют важную роль в создании устройств оптической обработки информации, изготовлении защитных голограмм и необходимы для разработки средств статического и динамического отображения трехмерных сцен.
В работе, на основании проведенных численных экспериментов:
 определено выражение для оптимального описания распространения
световой волны, учитывающее конечное разрешение по полю регистрируемых объектов;
 разработан и программно реализован алгоритм компьютерного синтеза голограмм Френеля объемных сцен;
 создана программа, позволяющая численно моделировать восстановление световых полей с синтезированных голограмм;
 для изготовления синтезированных голограмм на лазерном принтере, была проведена их бинаризация методом определения оптимального
порога бинаризации;
 синтезированы и изготовлены с помощью лазерного принтера пробные синтезированные голограммы;
 проведено оптическое восстановление световых полей с пробных
синтезированных голограмм.
В ходе работы были синтезированы голограммы Френеля с числом отсчетов от 255×255 до 801×801, с шагом голограммы 42 мкм (оптическое
разрешение лазерного принтера), длина волны принималась равной
0,63 мкм. Смоделированные объемные сцены располагались на расстоянии от голограммы в пределах от 1 до 3 метров, при поперечных размерах
сцен до 5 мм. На рис.1а и 1б представлены фрагменты полутоновой и бинарной синтезированных голограмм сцены, образованной буквами слова
«МИФИ». Ближайшая к голограмме буква «М» располагалась на расстоянии 2,0 м. Расстояние между соседними буквами по глубине составляло
0,2 м. Численное восстановление распределения интенсивности в плоско254
ISBN 5-7262-0633-9. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2006. Том 4
УДК 535.14(06)+004.056(06) Фотоника и информационная оптика
сти фокусировки изображения буквы «М» с полутоновой и бинарной голограмм показаны рис.2а и 2б.
a)
б)
Рис. 1. Фрагменты синтезированных голограмм: а) полутоновой, б) бинарной
a)
б)
Рис. 2. Компьютерное восстановление интенсивности света в плоскости
изображения буквы «М» для полутоновой (а) и бинарной (б) голограмм
Результаты оптического восстановления распределения интенсивности
света в различных плоскостях, полученные с бинарной синтезированной
голограммы (рис.1б), изготовленной на лазерном принтере, приведены на
рис. 3а и 3б.
a)
б)
Рис. 3. Оптическое восстановление сфокусированных изображений первой
(а) и последней (б) букв слова «МИФИ» с бинарной голограммы
ISBN 5-7262-0633-9. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2006. Том 4
255
УДК 535.14(06)+004.056(06) Фотоника и информационная оптика
Полученные результаты позволяют перейти к синтезу голограмм более
сложных сцен, для изготовления таких голограмм на носителях с высоким
разрешением.
256
ISBN 5-7262-0633-9. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2006. Том 4