Воспроизведение широкого диапазона градаций яркости объекта

Распределенная форма записи, свойственная голограммам, обуславливает их способность воспроизводить широкий диапазон яркости в изображении объектов, недоступный другим изобразительным технологиям. Яркость в изобразительной технике является определяющим параметром - из всех световых величин именно яркость наиболее непосредственно связана со зрительными ощущениями, так как освещенности изображений предметов, формируемых на сетчатке глаза, пропорциональны яркости этих предметов.

Динамический диапазон воспроизведения градации яркости объекта характеризует способность устройства, формирующего изображение объекта, правильно передать в изображении градации яркости объекта.

Соотношение наиболее ярких и наименее ярких деталей, которое характеризует каждый объект, не могут правильно передать методы получения изображений, обладающие ограниченным диапазоном воспроизведения градации яркости объекта. Например, при использовании фотографического процесса на фотоснимках соотношение наиболее ярких и наименее ярких деталей, как правило, не превышает 1000:1. Это позволяет правильно передать градации яркости в изображении, например, человеческого лица, но игра бликов будет утеряна и распределение яркости фотографического изображения оказывается искаженным по сравнению с оригиналом. Особенно это заметно при изготовлении фотоснимков водной поверхности или ювелирных изделий (яркость блика ювелирного изделия, как правило, на 5-7 порядков выше яркости поверхности, например, бархата, на которой изделие находится).

В отличие от фотографического процесса и других изобразительных технологий существенным свойством голографического изображения (изображения, формируемого волной, восстановленной голограммой) является способность правильно передавать детали, яркость которых в тысячи раз превышает среднюю яркость объекта (например, блики на поверхности объекта). При записи голограммы излучение каждой детали объекта освещает всю площадь голограммы, а при считывании - каждая деталь изображения формируется излучением, собранным со всей площади голограммы. В результате световой поток, направляемый в изображение яркой детали, может быть достаточно большим. Диапазон яркостей восстановленного с помощью голограммы изображения существенно превышает возможности традиционно используемых методов получения изображений и близок к возможностям зрительного аппарата человека.

Обращение волнового фронта

Возможность обращения волнового фронта – возможность пустить волны «вспять», обратно к объекту. Это свойство голограммы открывает возможности, недоступные для известных ранее оптике методов.

Обращенная волна – волна, имеющая ту же форму, что и исходная волна, но распространяющаяся в обратном направлении (сопряженная по отношению к исходной объектной волне).

Исходная волна:

Обращенная волна:

Рассмотрим пример формирования восстановленной объектной волны, комплексно сопряженной объектной волне, представленный на рис. 5 и описанный Ю.Н. Денисюком.

Рис. 5 Формирование восстановленной объектной волны, комплексно сопряженной объектной волне.

Пусть на голограмме с помощью точечного источника зарегистрировано волновое поле некоторого объекта О (рис. 5). Если на такую голограмму направить сферическую волну W_s того же самого референтного источника S, то голограмма восстановит волновое поле объекта, т. е. распространяющуюся от объекта волну W'_o, соответствующую дальнейшему ходу волны W_o, записанной на голограмме. Наблюдатель h₁, регистрирующий это волновое поле, увидит пространственное изображение объекта О.

Предположим теперь, что та же голограмма Н реконструируется сферической волной W*, сходящейся к референтному источнику S. Оказывается, что голограмма восстановит в этом случае волну W_o*, сопряженную по отношению к зарегистрированной на ней волне W_o, т. е. волну, совпадающую по форме с волной W_o, но распространяющуюся в обратном направлении. На рис. 5 волновые фронты прямой и сопряженной волн W_o и W_o* обозначены одной кривой, поскольку они совпадают. Лучевые векторы прямой волны нарисованы сплошными линиями, обратной — пунктиром.

Если при восстановлении волной, исходящей из источника S, отрезки еb и dc (см. рис. 5) характеризовали запаздывание колебаний в точках b и с по отношению к точке а, то при восстановлении волной, сходящейся в источник S, эти же отрезки будут характеризовать опережение колебаний в точках с и b пo отношению к колебаниям в точке а, поскольку сферическая волна W* сначала доходит до точек с и b и только затем до точки а. Таким образом, при восстановлении сопряженной волной распределение фаз на поверхности голограммы изменит свой знак. В этом случае опережающие части фронта в волне W_o превращаются в отстающие в волне W_o* и наоборот.

Наблюдатель h₂, регистрирующий созданное сопряженной волной изображение, увидит весьма удивительную картину: если при прямой реконструкции наблюдатель h₁ видел, например, барельеф лица, то при обращении голограммы наблюдатель h₂ увидит изображение того же лица, однако оно будет выглядеть так, как будто на него смотрят изнутри. Например, если наблюдатель h₁ видел выпуклый овал и выступающий вперед нос, то наблюдатель h₂ увидит вогнутый овал и нос в виде углубления. В целом такое изображение, известное под названием «псевдоскопическое», имеет вид слепка, полученного при вдавливании оригинала в пластический материал.

Следует отметить, что получение псевдоскопического изображения далеко не главное практическое следствие явления обращения волновых фронтов, в основном это явление используется в приложениях, связанных с наблюдением сквозь неоднородные среды.