Numerické simulace 3D náhodných obrazců koherenčního zrnění

Šárka Lísková

Bachelor's thesis

Numerical simulations of 3D random speckle patterns

Abstract:

Výpočetní zobrazování pomocí jednopixelové kamery je efektivní metodou využívající 2D strukturovaného světla a jednopixelového detektoru k rekonstrukci snímaného obrazu. V případě realizace této metody za účelem zobrazování 3D objektů v prostoru je nutné vytvořit 3D náhodně strukturované světlo, které má v každé obrazové rovině unikátní rozložení. Zmíněnou strukturou disponují obrazce koherenčního zrnění v blízkosti ohniskové roviny čočky. Tato práce popisuje systém pro cílené generování takovýchto obrazců koherenčního zrnění za využití prostorového fázového modulátoru (SLM) a čočky. Na základě numerických simulací analyzuje vliv nepřesností nastavení optického systému na strukturu vygenerovaných obrazců v ohniskové rovině čočky. Konkrétně vyhodnocuje vliv šířky svazku, úhlu dopadu svazku na SLM, polohy středu svazku na SLM, zkřivení povrchu SLM, úhlu dopadu svazku na čočku, polohy středu svazku na čočce a vliv úhlu dopadu světla na snímající vysokorychlostní kameru.

Abstract:

Computational imaging with a single-pixel camera is an efficient method using 2D structured light and a single-pixel detector to reconstruct an image. To transform the method to obtain 3D images, 3D randomly structured light with an unique intensity distribution in each image plane is needed. The speckle patterns close to the Fourier plane of a lens satisfy this condition. This thesis describes a system for the targeted generation of such speckle patterns using a phase-only spatial light modulator (SLM) and a positive lens. Based on numerical simulations it analyzes the effect of deviations in the optical system setup on the structure of the generated patterns in the focal plane of the lens. Specifically, the effect of beam width, beam incidence angle on the SLM, position of the beam center on the SLM, curvature of the SLM surface, beam incidence angle on the lens, position of the beam centre on the lens and the effect of the angle of incidence of light on the camera.

Keywords

koherenční zrnění, fourierovská optika, fázová modulace světla, generování speklových obrazců, simulace vlivu deviací systému

Language used: Czech

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

Thesis defence

• Supervisor: doc. RNDr. Karel Žídek, Ph.D.

Technical University of Liberec

Faculty of Mechatronics, Informatics and Interdisciplinary Studies

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