izmertechИзмерительная техникаIzmeritel`naya Tekhnika0368-10252949-5237ФГУП "ВНИИФТРИ"10.32446/0368-1025it.2024-5-35-40izmertech-2113Research ArticleОПТИКО-ФИЗИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯOPTICOPHYSICAL MEASUREMENTSРеконструкция изображений с использованием голограмм Френеля: соотношение продольного и поперечного масштабов изображенийReconstruction of images using Fresnel holograms: the relationship between the longitudinal and transverse scales of imagesИвановаС. Д.IvanovaS. D.

Светлана Дмитриевна Иванова, доцент 

Москва

 

 

Svetlana D. Ivanova 

Moscow

uchenik1597@mail.ruШемонаевД. Д.ShemonaevD. D.

Дмитрий Дмитриевич Шемонаев

Москва

 

Dmitriy D. Shemonaev

Moscow

 

vbnz01@mail.ruМосковский государственный технологический университет «СТАНКИН»РоссияMoscow State University of Technology "STANKIN"Russian FederationНациональный исследовательский ядерный университет «МИФИ»РоссияNational Research Nuclear University MEPhI (Moscow Engineering Physics Institute)Russian Federation202410062024053540Copyright © ФГУП "ВНИИФТРИ", 20242024ФГУП "ВНИИФТРИ"ФГУП "ВНИИФТРИ"https://www.izmt.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.izmt.ru/jour/article/view/2113

Рассмотрена голография Френеля – один из основных методов записи трёхмерных изображений, используемых в медицине, биологии, машиностроении. Показано, что при использовании голограмм Френеля изменяются поперечный и продольный масштабы реконструированного изображения, что приводит к неточному восстановлению трёхмерной структуры объекта и влияет на качество анализа и интерпретации полученных данных. Отмечено, что при классическом квадратичном соотношении между продольным и поперечным размерами изображения невозможно изменять масштаб изображения без искажений. Теоретически обоснован способ изменения классического соотношения между поперечным и продольным масштабами оптических изображений. Предложена оптическая схема устройства для реализации данного способа. Определены оптимальные условия для записи и восстановления голограмм Френеля, которые обеспечивают более точное и качественное восстановление трёхмерных изображений. Проанализированы масштабные преобразования изображения для оптических схем голографии Френеля с применением пространственно некогерентного излучения. Выведено условие восстановления неискажённого изображения в виде соотношения, определяемого параметрами оптической схемы записи голограммы. Показано, что запись голограммы Френеля позволяет в достаточно широких пределах изменять соотношение между поперечным и продольным масштабами восстановленного изображения. Результаты актуальны для применения в тех областях науки и техники, где требуется создание изображений, максимально точно (без искажений) отражающих объекты реального мира, например, в области медицинской визуализации.

The article is devoted to the study of changes in the relationship between the transverse and longitudinal scales of images. The possibility of changing the classical quadratic relationship between the longitudinal and transverse scales of images is considered, while when using traditional imaging methods in classical optics this is impossible due to the homogeneity and isotropy of space. An analysis of image scale transformations for optical schemes of Fresnel holography using spatially incoherent radiation has been carried out. It is shown that recording a Fresnel hologram allows one to change the ratio between the transverse and longitudinal scales of the reconstructed image within a fairly wide range. The results are relevant for use in those areas of science and technology that require the creation of images that reflect real-world objects as accurately as possible without distortion, for example, in the field of medical imaging.

продольный масштабпоперечный масштабголограмма Френелядлина волнывосстановленное изображениеlongitudinal scaletransverse scaleFresnel hologramwavelengthreconstructed imageReferencesКольер Р., Беркхарт К., Лин Л. Оптическая голография: Пер. с англ. Мир, Москва (1973).Robert J. Collier, Christoph B. Bureckhardt, Lawrens H. Lin. Optical Holography. New York (1971).Kreis T. Handbook of Holographic Interferometry: Optical and Digital Methods. Wiley Blackwell, Berlin (2005).Kreis T. Handbook of Holographic Interferometry: Optical and Digital Methods. Wiley Blackwell, Berlin (2005).Вишняков Г. Н., Левин Г. Г., Минаев В. Л. Государственный первичный эталон единиц эллипсометрических углов ГЭТ 186-2017. Измерительная техника, (8), 3–7 (2020). https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2020-8-3-7Vishnyakov G. N., Levin G. G., Minaev V. L. GET 186-2017 State Primary Standard of units of ellipsometric angles. Measurement Techniques, 63(8), 591–596 (2020). https://doi.org/10.1007/s11018-020-01827-8Окатов М. А. Справочник технолога-оптика. Политехника, Санкт-Петербург (2004).Okatov M. A. Spravochnik tekhnologa-optika [Optical Technologist’s Handbook], Politekhnika Publ., St. Petersburg (2004). (In Russ.)Saxby G. Practical holography. Taylor & Francis, New York (2003).Saxby G. Practical holography. Taylor & Francis, New York (2003).Корешев С. Н. Основы голографии и голограммной оптики. СПбГУ ИТМО, Санкт-Петербург (2009).Koreshev S. N. Osnovy golografii i gologrammnoy optiki [Fundamentals of holography and hologram optics], SPbGU ITMO Publ., St. Petersburg (2009). (In Russ.)Ахманов С. А., Никитин С. Ю. Физическая оптика. Издательство МГУ им. М. В. Ломоносова, Москва (2004).Akhmanov S. A., Nikitin S. Yu. Fizicheskaya optika [Physical optics], Izdatel’stvo MGU im. M. V. Lomonosova Publ., Moscow (2004). (In Russ.)Кречет В. Г., Ошурко В. Б., Иванова С. Д. Эффекты гравитационного взаимодействия скалярного поля и вихревых магнитного и электрического полей. Известия вузов. Физика, 61(10(730)), 67–73 (2018). https://elibrary.ru/YPHICLKrechet V. G., Oschurko V. B., Ivanova, S. D. Effects of the gravitational interaction of a scalar field and magnetic and electric vortex fields. Russian Physics Journal, 61(10), 1819–1826 (2019). https://doi.org/10.1007/s11182-019-01605-2Сороко Л. М. Основы голографии и когерентной оптики. Наука, Москва (1971).Soroko L. M. Osnovy golografii i kogerentnoy optiki [Fundamentals of holography and coherent optics], Nauka Publ., Moscow (1971). (In Russ.)Клименко И. С. Голография сфокусированных изображений и спекл-интерферометрия. Наука, Москва (1985).Klimenko I. S. Golografiya sfokusirovannykh izobrazheniy i spekl-interferometriya [Holography of focused images and speckle interferometry], Nauka Publ., Moscow (1985). (In Russ.)Franson M. Laser Speckle and Applications in Optics. Academic Press, New York (2011).Franson M. Laser Speckle and Applications in Optics. Academic Press, New York (2011).Кречет В. Г., Ошурко В. Б., Иванова С. Д. Особенности гравитационного взаимодействия вихревых электрического и магнитного полей с нелинейными безвихревыми полями. Известия вузов. Физика, 62(2(734)), 89–95 (2019). https://elibrary.ru/YXRUCTKrechet V. G., Oshurko V. B., Ivanova, S. D. Peculiarities of the gravitational interaction of electrical and magnetic vortex fi with nonlinear vortex-free fields. Russian Physics Journal, 62(2), 284–291 (2019). https://doi.org/10.1007/s11182-019-01710-2Кречет В. Г., Ошурко В. Б., Иванова С. Д. Новые возможные астрофизические эффекты гравитационного взаимодействия стационарных вихревых электрических и магнитных полей. Известия вузов. Физика, 61(4(724)), 50–55 (2018). https://elibrary.ru/YWSJLDKrechet V. G., Oshurko V. B., Ivanova S. D. Possible new astrophysical effects of the gravitational interaction of stationary vortex electric and magnetic fields. Russian Physics Journal, 61(4), 654–660 (2018). https://doi.org/10.1007/s11182-018-1445-zСтроук Дж. Введение в когерентную оптику и голографию: Пер. с англ. Мир, Москва (1967).Stroke G. W. An Introduction to Coherent Optics and Holography. Academic Press, New York (1966).Островский Ю. И., Бутусов М. М., Островская Г. В. Голографическая интерферометрия: монография. Наука, Москва (1977).Ostrovskiy Yu. I., Butusov M. M., Ostrovskaya G. V. Golograficheskaya interferometriya: monografi a, Nauka Publ., Moscow (1977). (In Russ.)Штанько А. Е., Иванова С. Д., Шемонаев Д. Д. О повышении чувствительности измерений в спекл-интерферометрии. Известия вузов. Физика, 65(1(770)), 178–180 (2022). https://elibrary.ru/PAXMSJShtanko A. E., Ivanova S. D., Shemonaev D. D. Towards measurement sensitivity improvement in speckle interferometry.Russian Physics Journal, 65(1), 193–196 (2022). https://doi.org/10.1007/s11182-022-02622-4Иванова С. Д., Ошурко В. Б., Шемонаев Д. Д. Физические основы измерения длины когерентности с помощью интерферометра с треугольным ходом лучей. Известия вузов. Физика, 64(3(760)), 166–167 (2021). https://elibrary.ru/AOVCOTIvanova S. D., Oshurko V. B., Shemonaev D. D. Physical principles of measuring coherence length with a triangular path interferometer. Russian Physics Journal, 64(3), 559–561 (2021). https://doi.org/10.1007/s11182-021-02363-wШтанько А. Е. Когерентная оптика. Директ-Медиа, Москва (2021).Shtan’ko A. Ye. Kogerentnaya optika [Coherent optics], Direkt-Media Publ., Moscow (2021). (In Russ.)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.