Цифровая голографическая интерферометрия микросмещений объектов с рассеивающей поверхностью
Диков О.В., Савонин С.А., Качула В.И., Рябухо В.П.

Аннотация:
Рассматриваются теоретические основы и схемные решения цифровой голографической интерферометрии, процедуры частотной пространственной фильтрации цифровой голограммы и восстановления комплексной амплитуды поля изображений рассеивающего объекта. Обсуждаются принципы многоэкспозиционного голографического интерференционного контроля полей микросмещений и микродеформаций объектов с диффузно рассеивающей поверхностью. Приведены результаты экспериментального определения микродеформаций изгиба под действием сосредоточенной и распределённой сил. Получены оценки пространственного и временного разрешений, достигаемых методом цифровой голографической интерферометрии в задачах определения статических и динамически изменяющихся полей микроперемещений рассеивающих поверхностей отражающих объектов.

Abstract:
The theoretical basis and scheme design of digital holographic interferometry, spatial frequency filtering procedure of the digital holograms and restore the complex amplitude of the field of images of the scattering object are considered. Principles of the multy-expositional holographic interference monitoring of the microspacing and microdeformations fields of the objects with diffusely scattering surface is discussed. The results of experimental determination of microdeformations bending under a concentrated and distributed forces are shown. Estimation of spatial and temporal resolution achieved by digital holographic interferometry in the problems of determining the static and dynamically changing fields of the microspacing of scattering surfaces of reflecting objects is obtained.

Ключевые слова :
цифровая голография, голографическая интерферометрия, численная обработка интерферограмм, Фурье-голограммы, пространственная фильтрация, измерение микросмещений и микродеформаций.

Key words:
digital holography, holographic interferometry, numerical processing of interferograms, Fourier transform holograms, spatial filtering, microdisplacement and microdeformation measurement.

Литература:

  1. Вест, Ч. Голографическая интерферометрия / Ч. Вест; пер. с англ. – М.: Мир, 1982. – 504 с.
  2. Островский, Ю.И. Голографическая интерферометрия / Ю.И. Островский, М.М. Бутусов, Г.В. Островская. – М.: Наука, 1977. – 336 с.
  3. Кольер, Р. Оптическая голография / Р. Кольер, К. Беркхарт, Л. Лин. – М.: Мир, 1973. – 688 с.
  4. Островский, Ю.И. Голографические интерференционные методы измерения деформаций / Ю.И. Островский, В.П. Щепинов, В.В. Яковлев. – М.: Наука, 1988. – 248 с.
  5. Kreis, T. Handbook of Holographic Interferometry. Optical and Digital Methods / T. Kreis. – Wiley-VCH, 2005. – 547 p.
  6. Джоунс, Р. Голографическая и спекл-интерферомет­рия / Р. Джоунс, К. Уайкс; пер. с англ. – М.: Мир, 1986. – 328 с.
  7. Оптическая голография / под ред. Г. Колфилда; пер. с англ. – М.: Энергоатомиздат, 1991. – 1232 с.
  8. Kohler, C. Measurement of three-dimensional deformations using digital holography with radial sensitivity / C. Kohler, M.R. Viotti, G.A. Albertazzi // Appl. Opt. – 2010. – V. 49, Issue 20. – P. 4004-4009.
  9. Aguayo, D. Insect wing deformation measurements using high speed digital holographic interferometry / D. Aguayo, F. Santoyo, M.H. De la Torre, M.D. Salas-Araiza, C. Ca­loca-Mendez, D. Gutierrez Hernandez // Optics Express. – 2010. – V. 18, Issue 6. – P. 5661-5667.
  10. Chen, W. Measurement of curvature and twist of a deformed object using digital holography / W. Chen, C. Quan, C.J. Tay // Appl. Opt. – 2008. – V. 47, Issue 15. – P. 2874-2881.
  11. Goodman, J.W. Speckle Phenomena in Optics: Theory and Applications / J.W. Goodman. – Roberts & Company, Englewood, CO Publishers, 2006. – 387 p.
  12. Франсон, М. Оптика спеклов / M. Франсон; пер. с англ. – М.: Мир, 1980. – 171 с.
  13. Laser Speckle and Related Phenomena. 2nd enlarged ed. / Ed. by J.C. Dainty. – Springer-Verlag, 1984. – 342 p.
  14. Борн, М. Основы оптики / М. Борн, Э. Вольф; пер. с англ., под ред. Г.П. Мотулевич. – 2-е изд.– М.: Наука, 1973. – 720 с.
  15. Ярославский, Л.П. Цифровая голография / Л.П. Ярославский, Н.С. Мерзляков. – М.: Наука, 1982. – 219 с.
  16. Schanrs, U. Direct recording of holograms by a CCD target and numerical reconstruction / U. Schanrs, W. Juptner // Appl. Opt. – 1994. – V. 33. – P. 179-181.
  17. Schnars, U. Digital holography / U. Schnars, W. Juptner. – Springer-Verlag, 2004. – 164 p.
  18. Гуров, И.П. Компьютерная фотоника: принципы, про­блемы и перспективы / И.П. Гуров // Научно-техничес­кий вестник СПбГУ ИТМО. – 2005. – В. 21. – С. 5-20.
  19. Балтийский, С.А. Современные методы цифровой голографии / С.А. Балтийский, И.П. Гуров, С. Де Никола, Д. Коппола, П. Ферраро // Проблемы когерентной и нелинейной оптики; под ред. И.П. Гурова и С.А. Козлова. – СПб: СПбГУ ИТМО, 2004. – С. 91-117.
  20. Гудмен, Дж. Введение в фурье-оптику / Дж. Гудмен; пер. с англ. – М.: Мир, 1970. – 364 с.
  21. Локшин, Г.Р. Основы радиооптики / Г.Р. Локшин. – М.: Интеллект, 2009. – 344 с.
  22. Litwiller, D. CCD vs. CMOS: Maturing Technologies, Maturing Markets / D. Litwiller // Photonics Spectra. – 2005. – V. 39, N 8. – P. 54-59.
  23. Holst, G. CMOS/CCD Sensors and Camera Systems / G.C. Holst, T.S. Lomheim. – SPIE Press Monograph, 2007. – 355 p.
  24. Кириллов, Н.И. Регистрирующие среды для голографии / Н.И. Кириллов, В.А. Барачевский. – Л.: Наука, 1975. – 165 с.
  25. Котельников, В.А. О пропускной способности «эфира» и проволоки в электросвязи / В.А. Котельников // Успехи физических наук. – 2006. – № 7. – С. 762-770.
  26. Nyquist, H. Certain topics in telegraph transmission theory / H. Nyquist // Trans. AIEE. – 1928. – V. 47. – P. 617-644.
  27. Rao, K. Fast Fourier Transform: Algorithms and Applications / K. Rao, D.N. Kim, J.J. Hwang. – Springer, 2008. – 350 p.
  28. Краснопевцев, Е.А. Преобразование Фурье – Френеля в голографической интерферометрии / Е.А. Краснопевцев // Оптический журнал. – 2006. – Т. 73, № 2. – С. 31-36.
  29. Горбатенко, Б.Б. Реконструкция изображения по пространственному распределению интенсивности дифракционного спекл-модулированного поля / Б.Б. Гор­батенко, Л.А. Максимова, В.П. Рябухо, Ю.В. Норов // Компьютерная оптика. – 2007. – В. 31, № 2. – С. 26-33.
  30. Горбатенко, Б.Б. Пространственный спектр (дифракционное гало) фурье-спеклограммы рассеивающего объекта / Б.Б. Горбатенко, А.А. Гребенюк, Л.А. Максимова, В.П. Рябухо // Компьютерная оптика. – 2009. – Т. 33, № 1. – С. 43-51.
  31. Горбатенко, Б.Б. Спекл-фотография и голографическая интерферометрия с цифровой записью дифракционного поля в фурье-плоскости / Б.Б. Горбатенко, А.А. Гребенюк, Л.А. Максимова, О.А. Перепелицына, В.П. Рябухо // Компьютерная оптика. – 2010. – Т. 34, № 1. – С. 69-81.

References:

  1. Vest, C. Holographic interferometry / C. Vest. – Wiley, 1979. – 504 p.
  2. Ostrovskiy, Yu.I. Interferometry by Holography / Yu.I. Ostrovskiy, М.М. Butusov, G.V. Ostrovskaya. – Springer-Verlag, 1980. – 330 p.
  3. Collier, R. Optical Holography / R. Collier, C. Burckhardt, L. Lin. – Academic Press, 1971. – 688 p.
  4. Ostrovskiy, Yu.I. Holographic interferometry in experi-mental mechanics / Yu.I. Ostrovskiy, V.P. Shchepinov, V.V. Yakovlev. – Springer Series in Optical Sciences / ed. by T. Tamir. – Vol. 60. – Springer-Verlag, 1991. – 248 p.
  5. Kreis, T. Handbook of Holographic Interferometry. Optical and Digital Methods / T. Kreis. – Wiley-VCH, 2005. – 547 p.
  6. Jones, R. Holographic and speckle interferometry / R. Jones, C. Wykes. – Cambridge University Press, 1983. – 330 p.
  7. Handbook of Optical Holography / Ed. by H.J. Caulfield. – Academic Press, 1980. – 638 p.
  8. Kohler, C. Measurement of three-dimensional deformations using digital holography with radial sensitivity / C. Kohler, M.R. Viotti, G.A. Albertazzi // Appl. Opt. – 2010. – V. 49, Issue 20. – P. 4004-4009.
  9. Aguayo, D. Insect wing deformation measurements using high speed digital holographic interferometry / D. Aguayo, F. Santoyo, M.H. De la Torre, M.D. Salas-Araiza, C. Ca­loca-Mendez, D. Gutierrez Hernandez // Optics Express. – 2010. – V. 18, Issue 6. – P. 5661-5667.
  10. Chen, W. Measurement of curvature and twist of a deformed object using digital holography / W. Chen, C. Quan, C.J. Tay // Appl. Opt. – 2008. – V. 47, Issue 15. – P. 2874-2881.
  11. Goodman, J.W. Speckle Phenomena in Optics: Theory and Applications / J.W. Goodman. – Roberts & Company, Englewood, CO Publishers, 2006. – 387 p.
  12. Franon, М. La granularute laser (spekle) et ses appli­cations en optique / M. Françon. – Masson, 1978. – 171 p.
  13. Laser Speckle and Related Phenomena. 2nd enlarged ed. / Ed. by J.C. Dainty. – Springer-Verlag, 1984. – 342 p.
  14. Born, М. Principles of Optics / М. Born, E. Wolf. – Cambridge, 2002. – 994 с.
  15. Yaroslavsky, L. Digital Holography and Digital Image Processing: Principles, Methods, Algorithms / L. Yaro­slavsky. – Springer, 2004. – 583 p.
  16. Schanrs, U. Direct recording of holograms by a CCD target and numerical reconstruction / U. Schnars, W. Juptner // Appl. Opt. – 1994. – V. 33. – P. 179-181.
  17. Schnars, U. Digital holography / U. Schnars, W. Juptner. – Springer-Verlag, 2004. – 164 p.
  18. Gurov, I.P. Computer photonics: principles, problems and prospects / I.P. Gurov // Scientific and Technical Bulletin IPMO. – 2005. – V. 21. – P. 5-20. – (In Russian).
  19. Baltiysky, S.А. Modern methods of digital holography / S. Baltiysky, I. Gurov, S. De Nicola, G. Coppola, P. Fer­raro // Problems of coherent and nonlinear optics; Ed. by I.P. Gurov and S.А. Kozlov. – Saint-Peterburg: “SPb GU ITMO” Publisher, 2004. – P. 91-117. – (In Russian).
  20. Goodman, J.W. Introduction to Fourier Optics / J.W. Goodman. – McGraw-Hill, 1996. – 457 p.
  21. Lokshin, G.R. Bases of radio optics / G.R. Lokshin. – Moscow: “Intellekt” Publisher, 2009. – 344 p. – (In Russian).
  22. Litwiller, D. CCD vs. CMOS: Maturing Technologies, Maturing Markets / D. Litwiller // Photonics Spectra. – 2005. – V. 39, N 8. – P. 54-59.
  23. Holst, G. CMOS/CCD Sensors and Camera Systems / G.C. Holst, T.S. Lomheim. – SPIE Press Monograph, 2007. – 355 p.
  24. Kirillov, N.I. Recording media for holography / N.I. Kiril-lov, V.A. Barachevsky. – Leningrad: “Nauka” Publisher, 1975. – 165 p. – (In Russian).
  25. Kotel'nikov, V.A. On the transmission capacity of ’ether’ and wire in electric communications / V.A. Kotel'nikov // Successes of Physical Sciences. – 2006. – V. 49, N 7. – P. 762-770. – (In Russian).
  26. Nyquist, H. Certain topics in telegraph transmission theory / H. Nyquist // Trans. AIEE. – 1928. – V. 47. – P. 617-644.
  27. Rao, K. Fast Fourier Transform: Algorithms and Applications / K. Rao, D.N. Kim, J.J. Hwang. – Springer, 2008. – 350 p.
  28. Krasnopevtsev, E.A. The Fourier-Fresnel transformation in holographic interferometry / E.A. Krasnopevtsev // Journal of Optical Technology. – 2006. – V. 73, N 2. – P. 96-100.
  29. Gorbatenko, B.B. Reconstruction of image from spatial distribution of intensity of diffraction speckle-modulated field / B.B. Gorbatenko, L.A. Maksimova, V.P. Ryabukho, Yu.V. Norov // Computer Optics. – 2007. – V. 31, N 2. – P. 26-33. – (In Russian).
  30. Gorbatenko, B.B. Spatial spectrum (diffraction halo) of fourier-specklegram of scattering object / B.B. Gorbaten­ko, A.A. Grebenyuk, L.A. Maksimova, V.P. Ryabukho // Computer Optics. – 2009. – V. 33, N 1. – P. 43-51. – (In Russian).
  31. Gorbatenko, B.B. Speckle-photography and holographic interferometry with digital recording of diffraction field in fourier plane / B.B. Gorbatenko, A.A. Grebenyuk, L.A. Mak­simova, O.A. Perepelitsina, V.P. Ryabukho // Computer Optics. – 2010. – V. 34, N 1. – P. 69-81. – (in Russian).
© 2009, ИСОИ РАН
Россия, 443001, Самара, ул. Молодогвардейская, 151; электронная почта: ko@smr.ru ; тел: +7 (846 2) 332-56-22, факс: +7 (846 2) 332-56-20