Вскоре после появления когерентных лазерных источников было замечено, что в излучении, отраженном от объектов с диффузно рассеивающей поверхностью или прошедшем через рассеивающую среду типа матового стекла, возникает случайная пространственная модуляция интенсивности, получившая название "спекл-эффекта".В настоящее время спекл-эффект подробно исследован, на его основе разработано новое перспективное направление в интерференционных измерениях, позволившее решить ряд важных научно-технических задач, принципиально неразрешимых в рамках классической и голографической интерферометрии. Успешное применение нашла слекл-интерферометрия и в астрономии, где с ее помощью удалось в ряде случаев устранить влияние турбулентности атмосферы на разрешение телескопов. Опубликованы работы по применениям спекл-эффекта в системах оптической фильтрации, устройствах записи и восстановления цветных изображений. Более подробные сведения можно найти в обзоре [Fcrcher A.F., 1996].
С середины 70-х годов начали развиваться спекл-методы, основанные на использовании частично когерентного излучения. Интерес к ним обусловлен тем, что они позволяют проводить интерференционные исследования крупногабаритных диффузно отражающих и прозрачных объектов б широком спектральном диапазоне излучения тепловых источников и обеспечивают ряд новых возможностей регистрация и измерения параметров диффузно рассеивающих объектов, например определение шероховатости их поверхности.
В работах [Власов Н.Г. и др., 1978, Власов Н.Г. и др., 1979] сообщалось об обнаружении нового оптико-физического эффекта, возникающего при освещении, а также при образовании изображения диффузно рассеивающей поверхности в частично когерентном излучении. Теоретическое описание спекл-эффекта, учитывающее влияние пространственной когерентности освещающего излучения, среднеквадратичной высоты микроструктуры поверхности и апертуры оптической системы, опубликовано в работе [Proc. SPIE, 1996]. Для пространства предметов и изображений обнаруженная закономерность была сформулирована следующим образом.
- Если при освещении трехмерного объекта с диффузно рассеивающей поверхностью длина когерентности и размер области пространственной когерентности освещающего излучения превышают соответственно среднеквадратичную высоту и интервал корреляции микроструктуры поверхности и сравнимы по порядку величины, то вблизи поверхности объекта возникает спекл-эффект, область локализации которого повторяет форму поверхности трехмерного объекта.
- Если наряду с выполнением условий п. 1 оптическая система, формирующая изображение объекта, разрешает область пространственной когерентности излучения на освещаемой поверхности, но не разрешает интервал корреляции микроструктуры поверхности, то в пространстве изображений также возникает спекл-эффект, область локализации которого повторяет форму изображения поверхности трехмерного объекта, а контраст максимален на изображении поверхности.
- В пространстве изображений продольный размер области локализации спекл-эффекта при заданной геометрии оптической схемы и минимальном контрасте (определяемом, в частности, статистическими характеристиками рассеивающей поверхности) пропорционален размеру области когерентности излучения на освещающей поверхности. Минимальный продольный размер области локализации сравним с продольным разрешением оптической системы.
Таким образом, в работах [Власов Н.Г. и др., 1978, Власов Н.Г. и др., 1979] сообщалось об альтернативной, по отношению к голографии, возможности получения трехмерных изображений объектов.
Следуя этим работам, начнем с метода получения световых сечений поверхности трехмерных диффузно отражающих объектов и изделий. Метод светового сечения, как известно, один из наиболее простых и общепринятых методов получения информации о профиле поверхности контролируемых изделий. По нашему мнению, метод, основанный на спекл-фотографии в частично когерентном излучении, наиболее прост. Действительно, управляя угловым размером источника излучения (т.е. пространственной когерентностью в пространстве предметов) и апертурой оптической системы, можно установить требуемую глубину локализации спекл-эффекта в пространстве изображений. Если поместить там тонкослойную регистрирующую среду, то вдоль контура пересечения ее с областью когерентного усреднения волновых полей будет зарегистрирована спекл-структура, позволяющая восстановить позитивное изображение контура пересечения и, следовательно, получить световое сечение объекта. Реализация метода не требует сложного и дорогостоящего оборудования, достаточно обычной лампы накаливания или ртутной лампы со светофильтрами.
Существование спекл-эффекта в пространстве изображений при частично когерентном освещении обеспечивает принципиальную возможность получения объемного изображения диффузно отражающих объектов без использования опорного пучка. Действительно, если спекл-структура в пространстве изображений существует в узкой ограниченной области вблизи изображения поверхности объекта, то при регистрации в толстослойной регистрирующей среде, изменяющей показатель преломления или просветляющейся под действием излучения, она будет играть роль случайной несущей пространственной частоты, позволяющей восстановить трехмерное позитивное изображение объекта. Примером такой среды может служить "Реоксан", толщина которого достигает 4 мм. При соответствующем уменьшении, используя подобную среду для регистрации, можно записывать и восстанавливать изображение достаточно протяженной сцены. Так, при поперечном уменьшении 1:10 в "Реоксане" можно с помощью теплового источника зарегистрировать сцену глубиной 40 см.
Существование спекл-эффекта при частично когерентном излучении позволяет применить известные методы лазерной спекл-фотографки, предназначенные для исследования диффузно отражающих объектов с плоской поверхностью и прозрачных фазовых объектов, заменив в них источник освещения. Преимуществом является возможность проведения измерения в широком спектральном диапазоне, не ограниченном имеющимися источниками когерентного излучения.
Добавим, что развитые в цитированных работах идеи позволили авторам работы [Ивакин Е.В., Кицак А.И., 1982] показать, что при помощи спекл-голографии в частично когерентном излучении можно получать, как и в голографии, изображение объекта, отделенного от наблюдателя рассеивающей или турбулентной средой.
Назад | Вперед
Написать комментарий
|
