double arrow

Мультиплицирование изображения

1

Литература

1. Беляков В.П. Криогенная техника и технология. –М: Энергоиздат, 1982

2. Криогенные системы: Учебник для студентов вузов по специальности "Техника и физика низких температур". /А.М.Архаров, И.В.Марфенина, Микулин. – М.:Машиностроение, 1996

3. Барон Р.Ф. Криогенные системы: Пер. с англ. – М.: Энергоатомиздат, 1989

4. Филин Н.в., Буланов А.Б. Жидкостные криогенные системы. –Л.: Машиностроение, Ленингр. отд.-ние, 1985

5. Бродянский В.М., Семенов А.М. Термодинамические основы криогенной техники. –М.: Энергия, 1980

Ярким примером возможностей, которые открывает голография в области создания оптических элементов, является так называемый множительный голографический элемент, используемый в микроэлектронике, а также в некоторых других областях. Общая схема получения и использования такого элемента приведена на рис.6.7.

 

Рис.6.7.Принцип работы голографического множительного элемента: а - запись голограммы матричного элемента с использованием референтного источника S; б - мультиплицирование объекта- транспаранта, освещаемого пучком лучей L.

На стадии получения элемента на регистрирующей среде (РС) с помощью референтного точечного источника S записывается специальный объект О, выполненный в виде регулярной матрицы точек. При реконструкции на место, которое занимал точечный источник, устанавливается объект, подлежащий мультиплицированию (транспарант, освещенный пучком лучей L). Каждая точка этого объекта в соответствии с условиями съемки изображается голограммой в виде регулярной матрицы точек. В целом голограмма восстанавливает регулярную матрицу О1, составленную из изображений мультиплицируемого объекта. Такой голографический мультиплицирующий элемент можно рассматривать как обобщенную линзу: в отличие от линзы, преобразующей точку предметного пространства в точку в пространстве изображений, такой элемент преобразует точку в пространстве предметов в матрицу точек в пространстве изображений.




 

Такой элемент в эпоху бурного развития голографии и ее практических приложений (в основном это 70-е годы ХХ столетия) получил применение в следующих случаях:

• Для записи изображений, например, в фотолитографии при производстве полупроводниковых приборов;

• Для осуществления многоканальной параллельной оптической обработки одного входного изображения;

• Для реализации поэлементной пространственно-неинвариантной обработки изображений;

• Для различных целей в качестве согласующих элементов оптических волоконных систем.

Преимущества голографического метода мультиплицирования изображений перед всеми другими используемыми методами заключается в том, что два важных свойства элемента - яркость изображения и его разрешение - при использовании голографического метода обусловлены независимыми параметрами. Увеличение разрешения в изображении объекта впрямую не связано с уменьшением его яркости. В то время как в неголографических методах в связи с необходимостью выбора размера отверстия увеличение разрешения, как правило, связано с потерей яркости.




Предельные параметры по информационной емкости

Идею использования уникальной возможности трехмерной голографии для создания оптической памяти сверхвысокой емкости высказал П.И. Ван Хирден еще в 1963 году. По мнению Ю.Н. Денисюка сходство некоторых свойств голограммы и мозга подтверждает гипотезу физиолога Р.И. Берля о том, что мозг хранит каждый бит информации не в одиночной пространственно-локализованной ячейке, а в виде одиночной пространственной гармоники возбуждения, занимающей весь его объем. Такой способ хранения информации обладает рядом достоинств. Например, повреждение одного или нескольких участков мозга не вызывает в этом случае полного исчезновения какой-либо части записанной в нем информации.

Вход в такую «нелокализованную» память весьма удобен в отличие от памяти на пространственных ячейках, где каждая расположенная внутри объема ячейка должна быть соединена с входным устройством специальным нервным волокном, в данном случае каждый элемент соединен только с ближайшими соседями.

Потенциальная емкость такого рода памяти грандиозна. П.И. Ван Хирден показал, что число независимых гармоник, с помощью которых может быть записана информация, равно объему голограммы с линейными размерами, равными длине волны света, использованного при ее записи (Vгол,/l3). Для видимого света эта величина составляет порядка 1010 ячеек/см3.



С этой точки зрения понятна ситуация, почему в современных информационных технологиях дальнейшие перспективы увеличения плотности записи информации ориентированы на использование и применение голографических методов в этой научно-технической области. Прогнозы специалистов относительно развития запоминающих устройств различных типов (см. рис.6.8 и табл. 6.2) отводят на ближайшие 10-15 лет ведущее место в этой научно-технической области голографическим методам.

Рис.6.8.Развитие емкости запоминающих устройств (по данным IBM).

Таблица 6.2.Сравнение характеристик различных типов оптических дисков.


InPhase Technologies (США), Optware (Япония), Dow Corning (США), NTT (Япония), IBM (США), Polight Technologies (Великобритания), Hitachi Maxwell (Япония) уже объявили о создании оптической памяти на голографических принципах с параметрами, существенно превышающими параметры существующих систем или конкурирующими с ними (см.рис.6.9).

Фирма InPhase Technologies совместно с фирмой Hitachi Maxwell в 2008 году приступила к продажам своей голографической системы Tapestry 300r, в состав которой входит однократно записываемый 130мм голографический диск емкостью 300 Гб. Хотя до сих пор до конца не решена проблема тиражирования дисков (технология штамповки с диска- оригинала миллионов идентичных копий пока не разработана), но производитель собирается в течение трех-четырех лет довести емкость голографического диска до 1,6Тб и анонсирует перезаписываемые голографические диски.

Большинство из предлагаемых решений голографической памяти пока могут быть использованы только для хранения архивных данных и не позволяют производить изменения записанной однажды информации. Тем не менее, такое ограничение не снижает перспективы использования голограмм для хранения обширных массивов данных, и именно использование принципов голографии будет способствовать значительному прорыву в области информационных технологий. Особенно это актуально в современных условиях, когда поиск нужной информации в большом объеме данных занимает много времени.

Рис.6.9.Голографические системы хранения, предлагаемые разными фирмами-изготовителями.


Идея создания голографической памяти была выдвинута еще в 1966-67г.г. и тогда же частично реализована в виде лабораторных систем и устройств, которые не выдерживали конкуренции с существующими системами. Принципиальная схема устройства голографической памяти ЭВМ, опубликованная в журнале BSTJ в 1967г., приведена на рис.6.10.

Рис.6.10. Принципиальная схема устройства голографической памяти. (BSTJ - 1967 г.).

При записи информации на регистрирующую среду (фотопластинку) впечатывается система малых голограмм, на каждой из которых зарегистрирована одна страница памяти (одна клеточка в голограмме на рис.6.10). Информация на каждой странице кодируется в виде изображения, характеризующегося определенным распределением интенсивности в некоторой плоскости «О». Примерный вид такого распределения представлен в верхней правой части рисунка 6.10.

Извлечение информации из памяти осуществляется следующим образом. По команде счетного устройства луч когерентного излучения с помощью отклоняющего устройства направляется на определенную голограмму, на которой записана страница информации, необходимая для решения данной задачи. Голограмма восстанавливает изображение этой страницы в плоскости «О», затем распределение интенсивности в этом изображении считывается матрицей фотоприемников и подается на вход счетного устройства. В случае, если необходимо вспомнить другую страницу информации, угол отклонения луча изменяется и соответственно восстанавливается другая голограмма. Условия записи голограмм выбираются таким образом, чтобы восстановленные изображения страниц точно проецировались на одну и ту же матрицу фотоприемников.


Современные системы архивной оптической голографической памяти представляют собой комплекс сложных научно-технических и инженерных решений при реализации различных этапов процесса записи, считывания и поиска информации. Голографическая система памяти, как правило, включает следующие основные инженерные компоненты:

• Источники света

• Дефлекторы пучков света

• Составитель страниц

• Среда для записи голограмм

• Матрица фотодетекторов (приемников излучения)

• Различные вспомогательные оптические элементы и электронные устройства

Перспективность голографического метода хранения и считывания информации обусловлена следующими специфическими особенностями, данного метода.

1. Возможность записи и хранения документов в аналоговом формате без предварительного кодирования.

2. Возможность параллельной записи и считывания больших объемов информации (не отдельных битов, а целых страниц).

3. Увеличение надежности и сохранности записанной информации за счет распределенной, а не локальной формы записи. Избыточность информации при голографической записи обеспечивает повышенную стойкость к локальным повреждениям носителя.

4. Снижение требований к электромеханическим системам управления и к их быстродействию за счет того, что ширина спиральных дорожек на голографических дисках в 10-100 раз больше, чем в существующих оптических дисках (запись происходит не побитово, а постранично).

5. Увеличение информационной емкости за счет использования постраничной, а не побитовой записи информации и за счет использования наложенной записи, то есть записи на отдельном локальном участке диска нескольких голограмм, каждая из которых может содержать значительный объем информации, например, страницу текста.


При создании голографической памяти одной из самых сложных проблем является создание регистрирующей среды для записи, хранения и перезаписи голограмм, которая может быть легко и технологично сформирована в виде удобного в эксплуатации носителя информации. Каждая фирма, претендующая на создание голографической памяти, предпринимает свои собственные разработки в этом направлении, которые представляют «know how» фирмы и не разглашаются. Однако в создании таких регистрирующих сред имеются общие принципы и закономерности. Одно из развиваемых направлений: диски изготавливаются из светочувствительного полимерного материала и имеют толщину порядка 1,0-1,5мм, которая обеспечивает возможность наложенной записи при регистрации информации голографическим способом.

Аналогом, а в ряде случаев и прототипом таких сред является полимерный светочувствительный материал на основе органического красителя фенантренхинона (ФХ), разработанный конце 80-х годов ХХ века в Государственном Оптическом Институте им. С.И. Вавилова (ГОИ) для целей объемной голографии.




1




Сейчас читают про: