Курсовая работа (т): Особенности интегральной и цветной фотографии Липмана

Давайте вспомним, в чем заключена природа стереозрения.

Мы с Вами имеем пару глаз, расположенных на расстоянии друг от друга примерно в 65 миллиметров.

Рис. 11

И каждый глаз видит чуть-чуть разную картину. Левому глазу дано видеть то, что спрятано за объектом слева для правого глаза, а правый получает обратное преимущество. Благодаря параллаксу мы можем довольно точно определить расстояния до различных точек сцены. Но параллакс - не единственный механизм стереозрения. Наши глаза направлены на рассматриваемый объект под разными углами, и хрусталик сфокусирован на рассматриваемом объекте, а не на заднем плане. Это еще два канала информации о пространстве сцены. И не дай бог что - то здесь нарушить! Наш мозг сразу заподозрит обман. Поэтому стереоскопы, стереопроекция на растровые экраны, поляризационные очки, и другие изобретения стереофотографии не дают комфортного и реалистичного восприятия трехмерной сцены. Здесь голография - вне конкуренции.

Но вернемся к Липману.

Рис. 12

Он предложил фотографировать сцену матрицей из огромного количества миниатюрных (до 1 мм в диаметре) микрообъективов. Каждая точка такой фотографии фиксировала свой параллакс, а множество точек этой фотографии могла восстановить трехмерную картину сцены. Практически получить совершенные интегральные фотографии удалось много лет спустя, советским ученым из ГОИ. (Этой технологией успешно занимался последнее время Б.К. Рожков).

К недостаткам интегральной фотографии можно отнести тот факт, что изображение, получаемое таким способом, было псевдоскопическим, т.е. вывернутым наизнанку и располагалось впереди фотографии. Для устранения псевдоскопии необходимо было изготавливать копию интегральной фотографии тем же интегральным методом, что снижало качество изображения и значительно усложняло процесс.

Но синтез принципов интегральной фотографии и голографии позволил найти эффективный способ записи трехмерных изображений.

Представьте себе забор из тонких металлических прутьев. Промежутки в этом заборе равны расстоянию между зрачками наших глаз. Если мы приблизимся к такому забору вплотную, то сможем сквозь пару соседних просветов наблюдать трехмерную картину сада. Перемещаясь вдоль нашего вымышленного "забора", мы сможем оглядывать сцену с разных сторон.

А теперь заменим просветы в заборе зонами, через которые мы сможем увидеть соответствующий фотографический ракурс нашей трехмерной сцены. Восприятие в этом случае пространства будет адекватным реальности, мы сможем видеть сад во всей его трехмерной красе. Чем уже промежутки между ракурсами, тем реалистичней ощущение пространства.

Установим на тележке, движущейся по рельсам вдоль нашего гипотетического забора, цифровую фотокамеру и будем фиксировать кадр за кадром через небольшие промежутки пути трехмерную сцену друзы опят.

Рис. 13

Таким образом, мы сможем зафиксировать все ракурсы, необходимые для восприятия трехмерного пространства сцены.

Рис. 14

Затем изготовим серию крупноформатных слайдов конечного множества ракурсов нашей сцены, и будем последовательно, меняя слайды-ракурсы в прецизионном держателе проекционного экрана, записывать их (согласно вышеприведенной схеме) на широкую полосу голографической пленки в виде узких вертикальных голограмм.

Рис. 15

Глядя сквозь голографический "заборчик" можно получить полное впечатление о пространстве сцены. Но разглядывать такие фотографии в свете лазера - удовольствие дорогое.

Для устранения этого неудобства остается все голографические полоски-ракурсы скопировать на голографическую фотопластину, которая должна быть расположена именно в том месте, где на первом этапе синтеза последовательно размещались слайды-ракурсы.

Рис. 16

Помните, что голографическое изображение можно записать снова на голограмму, будь-то, мы имеем дело с реальным объектом.

Для чего же понадобилось устраивать двухступенчатый процесс изготовления мультиплексной голограммы?

Рис. 17

Дело в том, что последовательно впечатывать ракурсы на всю площадь голограммы не эффективно, в этом случае яркость изображения будет падать пропорционально корню квадратному из числа экспозиций. Если это сделать единовременно, результат будет более качественным. К тому же, изображения каждого ракурса можно считать сфокусированным в плоскости голограммы, а это означает, что протяженность восстанавливающего источника света не будет сильно влиять на резкость восстановленного изображения. (Для настоящих трехмерных голограмм необходимость приближения восстанавливающего источника к точечному тем больше, чем больше глубина записанной на этой голограмме сцены, в противном случае, удаленные предметы окажутся размытыми.)

Подобный способ записи трехмерных сцен имеет ряд замечательных преимуществ, которыми не обладает ни интегральная фотография, ни голограмма:

можно масштабировать трехмерное изображение без искажения пространства

наблюдение трехмерной сцены в свете обычной лампы накаливания

становится возможной регистрация натурных сцен в естественном освещении и самосветящихся объектов.

мультиплексная голограмма может быть записана в цвете

возможна регистрация движения элементов сцены

лазеры используются только в процессе синтеза

использование голографических оптических элементов (ГОЭ) вместо крупногабаритной асферической оптики существенно снижает стоимость оборудования

использование цифровых технологий позволяет полностью автоматизировать процесс синтеза мультиплексной голограммы и исключить фотопечать серии ракурсов.

Пройдет немного времени, и трехмерные фотографические иллюстрации помогут нам лучше рассмотреть наш многоликий, полный удивительных парадоксов и явлений мир, а фотохудожники получат новое изобразительное средство.

Заключение

Таким образом, принцип интегральной фотографии был предложен в начале нынешнего века Г. Липпманом, более известным по его идее интерференционной фотографии, явившейся прообразом современной отражательной голограммы, обоснованной и разработанной Ю.Н. Денисюком.

Свой метод Г. Липпман назвал интегральной фотографией потому, что получаемое объемное изображение синтезируется из отображений огромного количества маленьких микроскопических изображений объекта, фотографируемых линзово-растровой фотопластинкой, и, можно сказать, восстанавливаемый волновой фронт интегрируется из множества элементарных пучков, отображаемых этими изображениями.

Практический интерес представляют системы квазиинтегральной фотографии, так называемые автостереоскопические изображения, которые находят применение в виде рекламных объемных изображений и в качестве массовой стереоскопической изопродукции.

Принципы лучевой голографии, осуществляемой с помощью растровых оптических систем, позволяют решать многие задачи, не доступные для реализации традиционными классическими средствами.

Известны растровые интегральные стереоэкраны, растровые объективы и окуляры. Растровые оптические системы обеспечивают фиксацию не только пространственных ракурсов объекта, но и его временных ракурсов. Наиболее высокие скорости киносъемки достигнуты с помощью растровых съемочных камер. Растровые оптические системы перспективны в компьютерной технике в качестве ЗУ, в качестве процессоров, управляемых транспарантов и т.п. Наконец, следует указать еще на аналогию растровых систем с голографическими в области интерферометрии. По существу, явление муара представляет собой интерференцию пространственных частот растровых решеток, что и используется в измерительной технике.

Список литературы

1.                  Lippmann G., Photographie des couleurs, «Comptes rendus de l'Acadйmie des Sciences de Paris», 1891, vv. 112, 114

2.      Валюс Н.А. Растровая оптика, М.-Л., ГИТТЛ, 1949.

.        Валюс Н.А. Матричный тип оптико-электронных вычислительных машин. Радиоэлектроника оптического диапазона, М., ВЗМИ, 1970.

.        Дудников Ю.А.Фотография Липмана. М., 1998