디지털 홀로그램의 수치적 복원과 3차원 이미지에 대한 그 활용

Abstract

디지털 홀로그래피는 물리광학과 디지털 컴퓨터의 공생이다. 컴퓨터로 생성한 홀로그램을 조작함에 있어서, 컴퓨터에 의해 만들어진 수치적 데이터는 물리적인 홀로그램이나 실제 광학 빔을 형성하기 위해 의도된 광학 요소로 전환된다. 최근 수 십년간 홀로그래피 방법은 샘플의 3차원 형상을 정성적, 정량적으로 측정하기 위해 폭넓게 사용되어 왔다. 홀로그램의 수치적 복원은 기존의 처리과정에 비해 더 많은 가능성을 제공한다. 그러나 오직 홀로그램 평면에 평행한 이미지 평면에 대한 수치적인 복원만이 관심을 받을 수는 없다. 본 논문에서는, 디지털 홀로그래피를 이용한 디지털 홀로그램 복원의 이론적 해석이 검토된다. 가장 폭넓게 사용되는 3가지 주요 복원 방법이 기술되고 비교된다. 0차(Zero-order)와 이중 이미지 요소 중 한 개가 수치적인 대역통과 필터를 사용함으로써 제거된다. 또한, 위상이동 디지털 홀로그래피가 이중 이미지 문제를 극복하기 위해 사용된다. 구면 기준파와 함께 홀로그래피 저장 방식을 이용한 이미지 평면에 평행한 평면에서의 디지털 홀로그램의 복원과 3차원 이미지에 대한 활용이 기술된다. 이미지 평면에 평행한 평면에서의 부분적 이미지 복원을 위해 작은 조각의 홀로그램을 저장하는데 사용된 기본 실험장치와 3차원 이미지에 대한 그 활용이 논의된다. 더 나아가, 임의로 경사를 준 평면에서의 작은 조각에 대한 디지털 홀로그램의 복원과 3차원 이미지에 대한 그 활용도 논의된다. 시험편의 중앙에 위치한 다양한 크기의 인공 결함이 있는 복합재 적층판의 박리 위치를 찾기 위해 30 ns 펄스 지연을 갖는 이중 펄스 루비 레이저를 사용한 진동특성 해석에 기초한 레이저 홀로그래피의 비파괴적 활용이 제시된다. 기존의 ESPI(전자처리 스페클 간섭법)에 대한 이 기술의 주된 장점은 열악한 환경 조건하에서도 측정할 수 있는 능력이 있다는 점이다.|Digital holography is a symbiosis of physical optics and digital computers. In fabricating computer-generated holograms, numerical data produced by a computer are converted into a physical hologram or an optical element intended for forming real optical beams. For the last several decades, holographic method has been widely used to measure three-dimensional aspects of samples qualitatively and quantitavely. Numerical reconstruction of holograms offers much more possibilities than conventional processing. However numerical reconstruction only to the image planes parallel to the hologram plane cannot be interesting. In this thesis, theoretical analysis of reconstruction of digital holograms using digital holography is reviewed. Three main reconstruction methods, which are the most widely used are described and compared. Zero- order and one of the twin image components can be removed by using a numerical bandpass filter. These problems are completely removed by using a phase shift-digital holography. The reconstruction of digital holograms in a plane parallel to image plane using a holographic recording scheme with a spherical reference beam and its application to three-dimensional imaging are described. Basic experimental set- up used to record the holograms of small particles for sectional image reconstruction in plane parallel to image plane and its application to the three-dimensional imaging are discussed. Furthermore, the off-axis digital holographic geometry is presented for the reconstruction of the digital hologram of small particles in an arbitrarily tilted plane. A single hologram is sufficient to obtain a well focused clear image on the tilted plane. We can’t obtain clear images of small particles in the case of plane tilted to the detector plane by ordinary reconstruction method because of the rotation of the hologram plane. Rotational transformation based on coordinate rotation in Fourier space makes it possible to reconstruct holographic images in any plane in the object space. Non-destructive applications of laser holography, based on vibration characteristic analysis using double-pulsed Ruby laser with a pulse duration of 30 ns, is presented, to locate the delamination in laminated composite palates containing various sizes of artificial defects located at the centre of the specimen. The main advantage of this technique over conventional electronic speckle pattern interferometry is the ability to carry out measurements even under harsh environmental conditions.