Методы квантования цифровых голограмм для оптического восстановления изображений с использованием микрозеркального модулятора света

ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ 4
АННОТАЦИЯ 5
ВВЕДЕНИЕ 6
1.1 Обоснование актуальности выбранной темы 9
1.2 Цель и задачи исследования 10
ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 11
2.1 Цифровая голография 11
2.2. Неитеративные методы квантования 13
2.3. Итеративные методы квантования 16
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ 20
3.1. Разработанные методы 20
3.2 Описание экспериментальной установка 26
3.2.1 Микрозеркальный модулятор света 26
3.2.2 Цифровая камера Retiga ELECTRO 31
3.2. Экспериментальная часть 34
3.2.1. Условия экспериментов 34
3.2.2. Предполагаемые параметры: НСКО, ИСС, ПОСШ, КК, время. 36
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ 39
4.1. Качество восстановленных изображений 39
4.2 Результаты: сравнение интенсивности гистограммы 48
4.3. Результаты: время квантования 50
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 52
СПИСОКИСПОЛЬЗОВАННЫХИСТОЧНИКОВ 53

Весь текст будет доступен после покупки

Современные методы компьютерно-синтезированной [1] и цифровой голографии [2] позволяют получать огромные массивы 2D- и 3D-данных. Это обеспечивает анализ, обработку и восстановление изображений с голограмм размером в десятки и сотни мегабайт [3] и даже в гигабайты [4, 5]. Для хранения таких данных необходимы огромные емкости запоминающих устройств. Квантование является одним из распространенных методов или шагов компрессии цифровых изображений [6] и голограмм. Оно заключается в снижении разрядности изображения путем уменьшения числа градаций. Количество данных фиксированных значений определяет степень сжатия изображения и называется числом уровней квантования. Методы направлены на квантование голограммы [7-9] или уже восстановленной объектной информации из голограммы [10].
Помимо задач сжатия и хранения [11] данных, квантование обеспечивает более быструю передачу голографических изображений и видео [12]. Также оно позволяет более оперативную обработку голограмм и оптическое восстановление изображений [13]. Например, максимальная скорость работы МЗМ достигается при выводе однобитных (бинарных) голограмм [14]. Жидкокристаллические модуляторы обычно имеют 256 уровней фазы (8 бит) [15], но снижение числа уровней часто может улучшить качество восстановленных объектов [16, 17]. Уменьшение числа уровней квантования голограмм до 16 (4 бита) обычно слабо снижает качество восстанавливаемой информации [18, 19].

Весь текст будет доступен после покупки

1.1 Обоснование актуальности выбранной темы
Технологический прогресс: С развитием технологий цифровой обработки изображений и оптических систем возникает потребность в более эффективных методах восстановления изображений. Методы квантования цифровых голограмм с использованием микрозеркального модулятора света представляют собой передовые технологии, способные улучшить качество восстановленных изображений.
Применение в медицине и науке: Оптическое восстановление изображений имеет широкое применение в медицине (например, в медицинской диагностике) и научных исследованиях (например, в микроскопии). Развитие методов квантования цифровых голограмм может значительно улучшить точность и четкость получаемых изображений.
Эффективность и скорость: Использование микрозеркального модулятора света позволяет улучшить эффективность процесса восстановления изображений за счет возможности быстрой и точной модуляции света. Это особенно важно в случаях, когда требуется оперативное получение высококачественных изображений.
Исследовательский интерес: Тема методов квантования цифровых голограмм является актуальной с точки зрения научных исследований в области оптики и фотоники. Развитие новых методов и технологий в этой области может привести к открытию новых возможностей и улучшению существующих подходов.
Таким образом, выбранная тема не только актуальна с практической точки зрения, но также представляет интерес для научного сообщества и может способствовать развитию современных методов оптического восстановления изображений.

1.2 Цель и задачи исследования
Целью работы является разработка и сравнительный анализ методов квантования цифровых голограмм для их отображения на микрозеркальном модуляторе света.
Для достижения данной цели решались следующие задачи:
1. Исследование методов квантования цифровых голограмм различных типов.
2. Разработка и реализация неитеративных методов квантования в программной среде.
3. Проведение экспериментов по квантованию голограмм реализованными методами и восстановлению изображений.

Весь текст будет доступен после покупки

1. Matsushima K. Introduction to Computer Holography: Creating Computer-Generated Holograms as the Ultimate 3D Image; Springer: Cham, Switzerland, 2020; ISBN 9783030384357. https://doi.org/10.1007/978-3-030-38435-7.
2. Schnars U.; Falldorf C.; Watson J.; Juptner W. Digital Holography and Wavefront Sensing; Springer: Berlin/Heidelberg, Germany, 2015; ISBN 9783662446928.
3. Kihong Choi, Jae-Won Lee, Jungyeop Shin, Keehoon Hong, Joongki Park, and Hak-Rin Kim, "Real-time noise-free inline self-interference incoherent digital holography with temporal geometric phase multiplexing," Photon. Res. 11, 906-916 (2023) https://doi.org/10.1364/PRJ.476354
4. S. Igarashi, T. Nakamura, K. Matsushima, and M. Yamaguchi Efficient tiled calculation of over-10-gigapixel holograms using ray-wavefront conversion, Opt. Express 26, 10773-10786 (2018)https://doi.org/10.1364/OE.26.010773
5. Mohendra Roy, DongminSeo, Sangwoo Oh, Ji-Woon Yang, SungkyuSeo,A review of recent progress in lens-free imaging and sensing,Biosensors and Bioelectronics,Volume 88,2017,Pages 130-143,ISSN 0956-5663,https://doi.org/10.1016/j.bios.2016.07.115.
6. Gonzalez, R.C.; Woods, R.E. Digital Image Processing; Pearson: New York, NY, USA, 2018; ISBN 9781292223049.
7. W. J. Dallas and A. W. Lohmann Phase Quantization in Holograms–Depth Effects, Appl.Opt. 11, 192-194 (1972)https://doi.org/10.1364/AO.11.000192
8. F. WyrowskiIterative quantization of digital amplitude holograms, Appl. Opt. 28(18), 3864–3870 (1989).https://doi.org/10.1364/AO.28.003864
9. F. Fetthauer, S. Weissbach, O. Bryngdahl Computer-generated Fresnel holograms: quantization with the error diffusion algorithm,Optics Communications,Volume 114, Issues 3–4,1995,Pages 230-234,ISSN 0030-4018,https://doi.org/10.1016/0030-4018(94)00655-E.

Весь текст будет доступен после покупки