Cílená generace 3D náhodných obrazců koherenčního zrnění

Josef Hrdlička

Bachelor's thesis

Targeted generation of 3D random speckle patterns

Abstract:

Tato bakalářská práce se zabývá charakterizací vlastností a ovládáním prostorového modulátoru světla, pomocí kterého lze fázově modulovat světlo. Tímto zařízením je možno ve fourierovské rovině čočky vlivem interference cíleně generovat specklové obrazce (koherenční zrnění), kterými se dokáže zrekonstruovat obraz pomocí principu komprimovaného snímání a jednopixelové kamery. Zkoumali se vlastnosti změny fáze a její stability v čase (flickering) s použitím interferometru. Pomocí fázové masky tvořící difrakční mřížku se charakterizoval pixel cross talk. Dále bylo ověřeno očekávané chování zařízení metodou cíleného řízení paprsku s lineárně gradientní fázovou maskou. Na základě předchozí charakterizace zařízení bylo uskutečněno měření specklového obrazce v ohnisku čočky. Následně byl tento obrazec nasimulován v programu MATLAB a porovnán korelační metodou s naměřeným obrazcem. Na závěr byly změřeny specklové obrazce v oblasti ohniskové roviny tenké čočky pro jednu náhodnou fázovou masku. Obrazce byly porovnány do výsledné matice korelací, z čehož se určila oblast podobnosti tohoto konkrétního obrazce pro používanou optickou aparaturu. Práce byla dána do kontextu s problematikou komprimovaného snímání. Bylo zjištěno, že simulovaný specklový obrazec neodpovídá reálnému měření, tedy zatím není možné provádět cílenou generaci specklových obrazců. Musí být provedena důkladnější analýza vlivů na výsledný obrazec jako je rovnoměrnost osvětlení zařízení. Práce popisuje metodiku měření charakteristik prostorového modulátoru světla, a vytvořila dobrý základ pro další výzkum cílené generace specklových obrazců.

Abstract:

This bachelor thesis is dealing with the characterisation of properties and manipulation of phase-only spatial light modulator (SLM). With this device thanks to interference, it is possible to purpousefully generate random speckle patterns in the fourier plane of a lens. A reconstruction of an image can be done using the targeted generation of speckle pattern, principle of compressed sensing and single pixel camera. The properties of phase change and stability of the phase in time (flickering) have been thoroughly examined with the use of interferometer. By creating diffraction grating with a stripe phase mask the pixel cross talk parametr has been found. The anticipated behaviour of the device has been verified with the beam steering technique with an applied linear gradient phase mask. Based on the characterised properties, we projected a random mask into the fourier plane of a lens, which created random speckle pattern. This speckle pattern has been simulated in MATLAB and compared to the real measurement. Finally we measured a speckle pattern in the proximity of a focal plane of a thin lens. The speckle patterns have been compared (correlated) with each other in a matrix of correlation. From this matrix (and a given optical assemblent), the area of similarity have been determined. The thesis has also put the measurments to context with the topic of compressed sensing. We found, that the simulated speckle pattern doesn't correspond with the real measurement. As of now the targeted speckle generation can not be done. There should be a more thorough analysis of the effects on the resulting image such as uneven illumination of the device. Overall this thesis is describing the measurement methodology of SLM, and it created a decent foundation for the next research of targeted generation of random speckle patterns.

Keywords

vlnová optika, fourierovská optika, difrakce, laser, tekuté krystaly, prostorový modulátor světla, cílené řízení paprsku, pixel cross talk, náhodná maska, specklový obrazec, MATLAB, simulace, komprimované snímání

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 22. 5. 2023

Thesis defence

• Supervisor: Ing. Jiří Hlubuček

Technical University of Liberec

Faculty of Mechatronics, Informatics and Interdisciplinary Studies

Bachelor programme / field:
Applied Sciences in Engineering / Applied Sciences in Engineering