Метод вычисления динамического фазового набега в голографической интерферометрии без ликвидации фазовых разрывов
Белашов А.В., Петров Н.В., Семенова И.В.

Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет
информационных технологий, механики и оптики,
Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук

Аннотация:
Представлен метод вычисления разности двух произвольных пространственных фазовых распределений, восстановленных с цифровых голограмм. Предложенный метод применим в двухэкспозиционной цифровой голографической интерферометрии, особенно для случаев оценки возмущений между экспозициями на сильно зашумлённых или промодулированных спекл-структурой цифровых голограммах, поскольку для вычисления разности фаз не используется процедура получения абсолютных значений фазы для каждого из фазовых распределений. Вместо этого, по аналогии с классическим интерферометрическим методом двух экспозиций, на основе восстановленных распределений амплитуды и фазы рассчитывается интерференционная картина двух предметных волн, которая затем восстанавливается как цифровая голограмма тем же самым методом, который использовался для восстановления физически зарегистрированных голограмм. Преимущества предложенного метода наглядно представлены в численном эксперименте по вычислению разности фазовых распределений волновых фронтов, промодулированных спекл-структурой, и в физическом эксперименте по наблюдению динамики нагрева водного раствора фотосенсибилизатора лазерным излучением. Исследовано поведение предложенного метода в случае восстановления зашумлённых цифровых голограмм с различным уровнем шума.

Ключевые слова :
цифровая голография, динамическая интерферометрия, восстановление фазы, спекл-структура, ликвидация фазовых разрывов.

Литература:

  1. Schedin, S. Simultaneous three-dimensional dynamic deformation measurements with pulsed digital holography / S. Schedin, G. Pedrini, H.J. Tiziani, F.M. Santoyo // Applied Optics. – 1999. – V. 38(34). – P. 7056-7062.
  2. Osten, W. Comparative digital holography / W. Osten, T. Ba­umbach, W. Jüptner // Optics Letters. – 2002. – Vol. 27(20). – P. 1764-1766.
  3. Pedrini, G. Pulsed digital holography for high-speed contouring that uses a two-wavelength method / G. Pedrini, P. Fröning, H.J. Tiziani, M.E. Gusev // Applied Optics. – 1999. – Vol. 38(16). – P. 3460-3467.
  4. Yu, L. Digital holographic microscopy for quantitative cell dynamic evaluation during laser microsurgery / L.Yu, S. Mohanty, J. Zhang, S. Genc, M.K. Kim, M.W. Berns, Z. Chen // Optics Express. – 2009. – Vol. 17(14). – P. 12031-12038.
  5. Ghiglia, D. Two-Dimensional Phase Unwrapping: Theory, Algorithms, and Software / D. Ghiglia, M. Pritt – New York: Wiley-Interscience. 1998. – 493 p.
  6. Desse, J.M. Digital three-color holographic interferometry for flow analysis / J.M. Desse, P. Picart, P. Tankam // Optics Express. – 2008. – Vol. 16(8). – P. 5471-5480.
  7. Yu, Q. Single-phase-step method with contoured correlation fringe patterns for ESPI / Q. Yu, S. Fu, X. Liu, Y. Xia, X. Sun // Optics Express. – 2004. – Vol. 12(20). – P. 4980-4985.
  8. Kerr, D. Extraction of phase data from electronic speckle pattern interferometric fringes using a single-phase-step method – a novelapproach / D. Kerr, F.M. Santoyo, J.R. Ty­rer // Journal of the Optical Society A. – 1990. – Vol. 7(5). – P. 820-826.
  9. Santoyo, F.M, Interferometric fringe analysis using a single phase step technique / F.M. Santoyo, D. Kerr, J.R. Tyrer. // Applied Optics. – 1988. – Vol. 27. – P. 4362-4364.
  10. Вест, Ч. Голографическая интерферометрия / Ч. Вест; пер. с англ. – М.: Мир, 1982. – 504 с. (Vest, C.M. Holographic Interferometry. – N.Y.: Wiley Interscience, 1979.)
  11. Baumbach, T. Remote metrology by comparative digital holography / T. Baumbach, W. Osten, C. Kopylow, W. Jüpt­ner // Applied Optics. – 2006. – Vol. 45(5). – P. 925-934.
  12. Liebling, M. Complex-wave retrieval from a single off-axis hologram / M. Liebling, T. Blu, M. Unser // Journal of the Optical Society A. – 2004. – Vol. 21(3). – P. 367-377.
  13. Almazan-Cuellar, S. Two-step phase-shifting algorithm / S. Almazan-Cuellar, D. Malacara-Hernandez // Optical Engineering. – 2003. – Vol. 42(12). – P. 3524-3531.
  14. Налимов, А.Г. Определение шероховатости поверхности с помощью поля направлений / А.Г. Налимов, В.В. Котляр, Р.В. Скиданов // Компьютерная оптика. – 2003. – Т. 25. – С. 71-73. (Nalimov, A.G. Determination of surface roughness with field directions / A.G. Nalimov, V.V. Kotlyar, R.V. Skidanov // Computer Optics. – 2003. – Vol. 25. – P. 71-73 – (In Russian).)
  15. Goldstein, R.M. Satellite radar interferometry: Two-dimensional phase unwrapping / R.M. Goldstein, H.A. Zeb­ken, C.L. Werner // Radio Science. – 1988. – Vol. 23(4). – P. 713-720.
  16. Fienup, J.R. Invariant error metrics for image reconstruction / J.R. Fienup // Applied Optics. – 1997. – Vol. 36(32). – P. 8352-8357.

© 2009, IPSI RAS
Institution of Russian Academy of Sciences, Image Processing Systems Institute of RAS, Russia, 443001, Samara, Molodogvardeyskaya Street 151; E-mail: ko@smr.ru; Phones: +7 (846) 332-56-22, Fax: +7 (846) 332-56-20