1.7. Телевидение и голография [5].
Стереоскопические системы являются базой для создания многоракурсных телевизионных систем, дающих возможность плавного бокового обзора (оглядывания) воспроизводимых изображений. Объемные изображения можно наблюдать без специальных очков с разных ракурсов, смещаясь относительно экрана внутри большой зоны пространства без потери стереоэффекта.
Можно предполагать, что будущее телевидения – это голографическое телевидение, однако при реализации голографических телевизионных систем возникает много технических трудностей, связанных, в частности, с большой информационной емкостью голограмм и высокой удельной плотностью информации.
1.7.1. Способы получения голограмм.
Голография основана на записи и последующем восстановлении волнового фронта рассеянного объектом света. Первый этап использует явление интерференции при взаимодействии двух когерентных пучков (рис. 1.8). Лазерным светом освещают объект и зеркало. Свет, отраженный объектом (предметный волновой фронт, предметный пучок) и зеркалом (эталонный волновой фронт, или опорный пучок, или когерентный фон), пересекается в определенной области пространства и взаимодействует между собой, образуя пространственное интерференционное поле, поле узлов и пучностей, максимумов и минимумов интенсивности.
Запись голограммы.
Рисунок 1.8.
Если в этом пространстве поместить фоточувствительную среду, то она зарегистрирует часть этого интерференционного поля. Такая светочувствительная среда после фотохимической обработки называется голограммой. В простейшем случае голограмма представляет собой чередование светлых и темных полос. Число интерференционных полос, то есть количество светло-темных пар линий на единицу длины голограммы, называется пространственной частотой.
Отличие голографического процесса записи от обычного фотографирования заключается в том, что на голограмме записана не только амплитудная, но и фазовая информация, выраженная в виде чередования по определенному закону светлых и темных полос. Отсюда и происхождение слова «голография»: от греческих слов «олос» – полный – и «графо» – пишу, то есть запись полной информации. Голография была изобретена Дэннисом Габором. В 1947 году он предложил, а в 1948 году опубликовал однолучевую схему для голографирования полупрозрачных плоских объектов. В 1961 году Эммет Лейт и Юрис Упатниекс усовершенствовали исходную схему Габора, предложив свою двухлучевую (с наклонным опорным лучом) схему формирования плоских голограмм непрозрачных трехмерных объектов.
Схема восстановления изображения с голограммы показана на рис. 1.9.
Восстановление изображения с голограммы.
Рисунок 1.9.
Более простой и перспективный метод получения цветных изображений основан на использовании объемных светочувствительных эмульсий при формировании трехмерных голограмм. Этот метод формирования трехмерных голограмм, наиболее полно отражающих оптические свойства объекта, разработал советский ученый Юрий Николаевич Денисюк в 1962 году.
Для получения трехмерной голограммы объект освещают сквозь объемную светочувствительную эмульсию (рис. 1.10). Свет отражается от объекта (объектом является зеркало) и, возвращаясь назад, интерферирует с опорным пучком под углами, близкими к 180°.
Получение трехмерных голограмм (а) и воспроизведение с них изображений (б).
а) б)
Рисунок 1.10.
Плоскости пучностей и, соответственно, плоскости почернения, располагаясь по биссектрисе угла Q между направлениями встречных пучков, будут почти параллельны плоскости голограммы и будут удалены друг от друга на расстояние:
d = l / 2n sin Q/2,
где n – показатель преломления светочувствительной эмульсии, а l - длина волны в воздухе.
1.7.2. Попытки построения голографических телевизионных систем.
Практическая реализация голографической телевизионной системы встречает ряд весьма существенных трудностей. Одна из предложенных схем показана на рис. 1.11.
Структурная схема голографической телевизионной системы.
Рисунок 1.11.
Передаваемая сцена освещается либо одним, либо несколькими взаимно когерентными лазерами. Свет, рассеянный объектами сцены совместно с опорным лучом, попадает на анализирующее устройство голографической телевизионной камеры, в которой картина интерференционных световых потоков преобразуется в последовательность электрических сигналов. Последние затем передаются по каналу связи. На экране приемного устройства из электрических сигналов формируется голограмма, которая при освещении ее лучом лазера восстанавливает передаваемый сюжет.
Но при этом обязательным условием является наличие источников только когерентного излучения при освещении объекта, что ограничивает съемки рамками студии.
Также требуется разрешающая способность голографической системы вдвое превышающая ныне существующую. В связи с этим работа разверток голографической телевизионной системы также должна быть повышена, что повлечет за собой увеличение требуемой полосы частот канала связи для передачи информации об изображении.
Вопрос о путях построения голографических телевизионных систем до сих пор еще не решен. Развитие голографического телевидения будет идти, очевидно, в двух направлениях. Одно их них ставит своей целью совершенствование всех звеньев (передающее устройство, канал связи, приемное устройство) для создания голографических телевизионных систем. Второе направление заключается в построении промежуточных паллиативных систем, в которых новые качественные параметры пространственных изображений достигались бы не слишком дорогой ценой и которые поэтому могли бы быть реализованы в обозримом будущем.
Ниже приводится один из вариантов схем построения многоракурсных систем (рис. 1.12).
Схема построения многоракурсной телевизионной системы.
Рисунок 1.12.
Всю схему можно разделить на несколько частей, функции которых вполне определенные: съемка объекта, передача изображений, совмещение изображений и селекция ракурсов. Съемка объекта осуществляется путем размещения по дуге АБ нескольких передающих камер. Формирующих телевизионные двухмерные изображения, отличающиеся друг от друга только горизонтальным параллаксом. В статических системах, работающих не в реальном масштабе времени, можно использовать одну камеру, последовательно перемещая ее по дуге АБ на угловые интервалы Dy.
В последнее время трудности, встречающиеся при создании практических систем голографического телевидения, послужили причиной расширения области исследований дифракционных систем, в которых используется не только когерентное: но также частично когерентное и некогерентное освещение. [6]
Системы голографического телевидения, созданные на сегодняшний день, находят применение в различных сферах человеческой деятельности.
В заключение приведем одну из схем оптической установки для создания голографических изображений в области медицины, разработанной в 1992 году (рис. 1.13) [7].
Оптическая установка для создания голографических изображений.
Рисунок 1.13.
2. Разработка технических требований.
2.1. Метод формирования цветного стереоизображения.
В данном дипломном проекте разрабатывается метод формирования цветного стереоизображения при помощи двух ПЗС матриц, разнесенных на оптический базис ( 65 мм. ). Считывание сигналов производится поочередно с частотой 100 Гц таким образом, что в выходном видеосигнале имеется последовательность сигналов четных и нечетных полей двух кадров стереопары (рис. 2.14).
Структура выходного сигнала.
Рисунок 2.14.
Горизонтальные драйверы обеих ПЗС матриц работают непрерывно, являясь при этом нагрузкой для одного тимминг-генератора, который вырабатывает импульсы считывания для матриц. Следовательно, при такой схеме включения, необходимо дополнительное усиление импульсов считывания, подаваемых через горизонтальные драйверы.
Вертикальные драйверы работают поочередно и с удвоенной частотой (f = 100 Гц), таким образом увеличивается емкость нагрузки тимминг-генератора, что также необходимо учитывать при расчете схемы.
Сигналы с ПЗС матриц обрабатываются в двух видеотрактах, а затем суммируются, образуя выходной компонентный сигнал с заданной амплитудой.
2.2. Выбор элементной базы.
Данный дипломный проект базируется на уже существующей элементной базе, что существенно снижает стоимость разрабатываемой камеры.
Матрица является основным компонентом в камере, поэтому выбор элементной базы будет определяться ею.
Фаворитом в данной области является фирма SONY, которая одной из первых освоила серийный выпуск цветных матричных ПЗС. В большей степени сегодня распространены матрицы с диагональю 1/3 дюйма, следовательно, целесообразно выбрать матрицы именно такого габарита. Преимущества датчиков 1/3 дюйма также и в меньших габаритах, массе, уменьшении размеров и массы оптической системы.
В техническом задании число пикселов матрицы определено как 430 тыс. Таким образом, можно выбрать стандартную цветную матрицу ICX059AK, которая отвечает всем нашим требованиям.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14
