Пред.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233 234 235 236 237 238 239 240 241 242 243 244 245 246 247 248 249 250 251 252 253 254 255 256 257 258 259 260 261 262 263 264 265 266 267 268 269 270 271 272 273 274 275 276 277 278 279 280 281 282 283 284 285 286 287 288 289 290 291 292 293 294 295 296 297 298 299 300 301 302 303 304 305 306 307 308 309 310 311 312 313 314 315 316 317 318 319 320 321 322 323 324 325 326 327 328 329 330 331 332 333 334 335 336 337 338 339 340 341 342 343 344 345 346 347 348 349 След.
Макеты страниц
Распознанный текст, спецсимволы и формулы могут содержать ошибки, поэтому с корректным вариантом рекомендуем ознакомиться на отсканированных изображениях учебника выше Также, советуем воспользоваться поиском по сайту, мы уверены, что вы сможете найти больше информации по нужной Вам тематике ДЛЯ СТУДЕНТОВ И ШКОЛЬНИКОВ ЕСТЬ
ZADANIA.TO
10.2. ДВУМЕРНЫЕ ДИСПЛЕИБ. Клей 10.2.1. ВведениеПоследние достижения голографии можно применять для изготовления дисплеев с проекцией двумерного изображения, в результате чего можно добиться некоторых преимуществ по сравнению с широко используемыми методами проекции с фотографической пленки. К числу главных преимуществ голографических дисплеев относятся значительно более высокая яркость изображения, исключительно большая долговечность хранимого голографического изображения и меньшая стоимость копий. Другими достоинствами по сравнению с фотографией, связанными с использованием голографии, являются простота обработки, очень надежные средства восстановления, независимость колориметрии от фотосовместимых красителей и снижение входной мощности при данном значении яркости в случае негативных голограмм. Мы опишем ряд методов, которые позволяют получить такие преимущества. В некоторых (но не во всех) типах дисплеев размер устройства, использующего голограммы, несколько больше, чем размер его фотографического аналога. Это связано с необходимостью внеосевого освещения в считывающем устройстве, работающем на ненулевом дифракционном порядке. Поскольку для изготовления дисплеев подходит множество типов голограмм с различными характеристиками, в разд. 10.2.3 дается обзор свойств голограмм, которые выгодно использовать в дисплеях. 10.2.2. Оптимальные характеристики дисплеевНиже представлено обсуждение оптимальных характеристик дисплеев. Этот материал можно использовать как справочный при определении параметров, подходящих для данного применения. 10.2.2.1. Качество изображенияа. Разрешение и яркость. В большинстве случаев наблюдателю нужно, чтобы рассматриваемое им изображение обладало хорошей резкостью. Его реакция на изображение зависит главным образом от воспринимаемой резкости, размера (углового), яркости, контраста, яркости окружения и шумов. Все эти факторы взаимодействуют друг с другом и с трудом поддаются количественной оценке. Для того чтобы установить точные критерии для изготовления дисплеев, необходимо сформулировать математическую модель системы человек — дисплей. Эту задачу решали Мезрих и др. [12].
Рис. 1. Пороговая контрастная чувствительность для синусоидальных функций интенсивности при различных значениях углового размера дисплея. Яркость на экране дисплея Чтобы осуществить модель и получить необходимую информацию, они предложили соответствующий механизм описания изображений и проделали необходимые психофизиологические измерения. Мезрих и др. провели очень большую работу и выполнили подробные исследования; эту работу следует иметь в виду в любой серьезной разработке дисплеев. Разработчик дисплеев должен учитывать геометрию системы дисплей — наблюдатель, поскольку на воспринимаемое разрешение влияют как размеры дисплея, так и яркость. Например, авторы работы [12] показали наличие контролируемого влияния размеров дисплея на контрастную чувствительность (рис. 1) и влияние яркости дисплея на пороговый контраст (рис. 2). Для получения оптимальной конструкции дисплея необходимо рассмотреть эти факторы наряду с влиянием типа оптической системы (т. е. голографической или обычной). Рис. 2. (см. скан) Пороговая контрастная чувствительность для одно- и двумерных синусоидальных решеток интенсивности при различных значениях яркости экрана дисплея (яркость окружающего света в 10 раз меньше яркости экрана дисплея). Штриховые кривые — средние значения для одномерной решетки при б. Цвет. Для многих целей вполне удовлетворительными являются дисплеи, информация в которых содержится лишь в освещенности, однако добавление цвета, несомненно, приведет к улучшению характеристик устройства по следующим причинам: 1. Для среды с высокой плотностью представления информации наблюдатель может усвоить данное количество информации быстрее с цветовым кодировании, чем без него. Исследования, выполненные Смитом [13], показали, что при выполнении задания поиска и подсчета буквенно-цифровых и малых векторных символов, представленных на черно-белом дисплее, с одной стороны, и на дисплее с цветовым кодированием пятью цветами, с другой, наблюдатели более эффективно справлялись со своей задачей в случае, когда использовался цвет. 2. При наличии цветового кодирования выполнение вышеописанного задания сопровождается значительно меньшим числом ошибок. 3. При заданной ошибке отклонение от точности воспроизведения было значительно меньше при поиске и подсчете, когда использовалось цветовое кодирование. в. Фон. Вообще говоря, дисплеи оказываются весьма полезными при работе в обстановке, характеризуемой широким диапазоном фоновой засветки. Если рабочее помещение является довольно темным, то ограничение контраста изображения, проецируемого с транспаранта, имеющего определенный диапазон плотности, будет определяться главным образом внутренним рассеянием проектора и качеством линз. Однако если в рабочей комнате имеется сильная фоновая засветка, то приходится сталкиваться с более серьезными проблемами. Когда свет в комнате засвечивает проекционную систему, контраст изображения ухудшается. Участки изображения, которые должны быть черными, становятся серыми, поскольку рассеянный комнатный свет попадает на проекционный экран в поле зрения наблюдателя. Контраст определяется выражением
где Если можно пренебречь внутренним рассеянием в проекторе и если рабочее помещение совершенно затемнено, то контраст
т. е. контраст изображения равен контрасту объекта. С другой стороны, если эффективный коэффициент отражения от экрана равен 0,1, а фоновая засветка на экране равна Если засветка увеличивается, скажем, до Оптимальный дисплей должен передавать наблюдателю высококонтрастное изображение, даже если засветка настолько велика, насколько можно предполагать. Как мы увидим ниже, решить эту задачу позволяет применение фазовых голограмм, с помощью которых можно получить значительную яркость. Кроме того, диффузное отражение от экрана можно уменьшить, используя специальные методы, например применяя зеркальные чечевицеобразные поверхности с просветляющим покрытием, в отличие от более часто используемых диффузных поверхностей. 10.2.2.2. Требование к качеству среды для записи голограммыа. Информационная плотность. Существенное влияние на различные параметры дисплея может оказать выбранная среда для записи голограмм. Для большинства оптимальных универсальных дисплеев среда должна хранить информацию как в виде цвета, так и в виде освещенности и иметь хорошую линейность в широком динамическом диапазоне. Кроме того, она должна быть малошумящей и при этом иметь высокое разрешение, чтобы большой массив информации занимал как можно меньший объем. Голограммы можно хранить в незернистых прозрачных средах, которые непригодны для использования в фотографии. Некоторые из этих материалов имеют очень высокое разрешение; примером может служить фоторезист Shipley AZ 1350 [1]. б. Долговечность хранения. Среда для записи голограммы должна быть устойчива к механическим воздействиям, влажности, нагреванию, падающему свету, многократным изгибам и атмосферным загрязнениям, вызывающим коррозию. В идеальном случае с течением времени не должно стираться изображение и не должна меняться прозрачность подложки. Когда требуется архивная память, особо важное значение приобретает цветовая стабильность. Красители, используемые в фотографических материалах, под действием яркого света и тепла выцветают. Голограммы же могут хранить информацию просто в виде разностей длин оптических путей, и, следовательно, как цветовая информация, так и информация, заключенная в освещенности, остаются стабильными. В разд. 10.2.3 рассмотрен ряд таких материалов, в. Стоимость. Суммарная стоимость складывается из стоимостей материала основы, процесса изготовления среды, а также химического проявления и обработки. Поскольку в рассматриваемом случае широко используются фотографические пленки, стоимость остальных материалов мы будем сравнивать со стоимостью готовых фотографических транспарантов. Голографическии способ записи позволяет несколько снизить стоимость; этот вопрос обсуждается в разд, 10.2.3. 10.2.2.3. Простота использованияОчевидно, что оптимальный дисплей — это такой дисплей, при работе с которым возникает минимальное число нерешенных проблем. а. Глубина резкости. Одной из больших неприятностей, возникающих при работе, например, с проекторами стандартных микрофильмов, является чувствительность к настройке на фокус. Эти приборы должны быть тщательно сфокусированы, в противном случае качество изображений серьезно ухудшается. Во многих случах требуемые пределы регулировки фокуса несовместимы с механическими пределами регулировки в лентопротяжном механизме. Проблема связана с тем, чтобы иметь возможность получать достаточно яркое изображение с транспаранта небольших размеров. Если увеличивать яркость источника света, то соответственно будет возрастать яркость изображения, но это приведет к тому, что пленка должна будет модулировать большие плотности светового потока. Процесс модуляции зависит от поглощения света на пленке. При поглощении световая энергия в эмульсии переходит в тепловую. Даже если использовать фильтр с целью подавления инфракрасных составляющих излучения проекционного источника света, из-за эндотермического превращения энергии температура пленки должна возрастать. В предельном случае количество света, падающего на пленку, должно быть меньше, чем требуется для ее термического разрушения. Следовательно, яркость изображений, воспроизводимых с пленок, модулирующих свет поглощением, ограничена значением оптического увеличения и относительного отверстия линзы. Стремление к малым относительным отверстиям, чтобы получать более высокую яркость, неизбежно приводит к уменьшению глубины резкости и, следовательно, создает невыполнимые требования к системе. Очевидным решением этой проблемы является применение такого способа модуляции света, в котором не используется поглощение. Фазовые голограммы модулируют свет благодаря дифракции — процессу, который не влечет за собой нагревание. Следовательно, при этом можно безопасно пропускать чрезвычайно большие потоки падающего света. За счет возросшей яркости можно увеличить глубину резкости путем увеличения относительного отверстия проекционной линзы; следовательно, система становится более удобной в эксплуатации. Этот принцип можно применить не только к микрофильмовым системам, но также и к другим проекционным дисплеям. б. Восстановление. Нередки случаи, когда в системах отображения с большим количеством хранимой информации требуется система восстановления. Каждый кадр кодируется распознающим числом в форме кода, считываемого на ЭВМ. Это позволяет управлять системой поиска с помощью электрического сигнала. Плотность информации, которая достигается при использовании бинарной битовой матрицы, обычно выше, чем в случае применения других схем распознавания. Голографическая запись этого кода дает максимальную избыточность информации в отведенной для нее площади, так что случайное повреждение или даже вырезание существенной части площади голографического кадра не влечет за собой стирания информации. Как показано в разд. 10.2.5, дополнительные преимущества обусловлены выбором подходящего типа голограммы. 10.2.2.4. Эксплуатационные свойстваа. Надежность. Общая надежность дисплея зависит от таких факторов, как ресурс источника света, время памяти регистрирующей среды, а также сложность и число компонентов дисплея. Голографическая система считывания имеет определенные преимущества в смысле надежности над обычными пленочными проекционными системами, если голограммы выполнены на твердой пластичной пленке и если считывание происходит с помощью лампы накаливания, а не лазера. б. Размеры. В зависимости от типа используемых голограмм дисплей может иметь те же размеры, что и аналогичный пленочный проектор. в. Потребление мощности. Для дисплея могут быть выбраны различные типы голограмм. Они определяют вид и схему используемого источника света. В качестве источников света для считывания используются лазеры, фильтруемые дуговые лампы и лампы накаливания; однако если необходимо минимизировать входную мощность, потребляемую системой, то надо выбирать такой тип голограмм, который можно считывать светом ксеноновой лампы высокого давления или лампы накаливания. В п. 10.2.4.2 описывается метод голограмм нулевого дифракционного порядка, который дает более яркое изображение, чем обычный цветной слайд при том же увеличении и той же входной мощности. Обстоятельства, рассмотренные в разд. 10.2.3, позволяют реализовать другие оптимальные параметры системы.
|
1 |
Оглавление
|