Повышение чувствительности оптико-физических измерений путем нелинейной обработки изображений тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.05 ВАК РФ

УДК 535 4 На правах рукописи

НОСКОВ Михаил Федорович

ПОВЫШЕНИЕ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ ОПТИКО-ФИЗИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ ПУТЕМ НЕЛИНЕЙНОЙ ОБРАБОТКИ ИЗОБРАЖЕНИЙ

01 04 05 - Оптика (технические науки)

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

00316114Э

Новосибирск - 2007

003161149

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Сибирская государственная геодезическая академия» (ГОУ ВПО «СГГА»)

Официальные оппоненты

доктор технических наук, профессор Поллер Борис Викторович, заведующий

лабораторией лазерных информационных систем ИЛФ СО РАН,

доктор технических наук, профессор Чесноков Владимир Владимирович,

заведующий кафедрой физики ГОУ ВПО «СГГА»,

доктор технических наук Полещук Александр Григорьевич, заведующий

лабораторией дифракционной оптики ИАиЭ СО РАН

Ведущая организация Новосибирский филиал Института физики полупроводников СО РАН «КТИПМ»

Защита состоится 26 октября 2007 г в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 212 251 01 при Сибирской государственной геодезической академии по адресу 630108, г Новосибирск, ул Плахотного, 10

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «СГГА» Автореферат разослан «¿о» с 2007 г

Ученый секретарь диссертационного совета,

кандидат технических наук

Малинин В В

Изд лиц ЛР № 020461 от 04 03 1997

Подписано в печать 00 08 2007 Формат 60 х 84 1/16 Печать цифровая Уел печ л 3,20 Уч -изд л 1,42 Тираж 100 экз

Заказ

Редакционно-издательский отдел СГГА 630108, Новосибирск, ул Плахотного, 10 Отпечатано в картопечатной лаборатории СГГА 630108, Новосибирск, ул Плахотного, 8

Общая характеристика работы Актуальность проблемы

К приоритетным направлениям развития науки, технологий и техники Российской Федерации относятся, в том числе, производственные технологии, в число которых, несомненно, входят и оптические технологии

Раздел «Оптоэлектроника» входит в «Перечень критических технологий Российской Федерации»

И, наконец, в «Основных направлениях фундаментальных исследований в России» в раздел 1 3 «Оптика и лазерная физика» входит подраздел 13 7 « Прецизионные оптические измерения»

Таким образом, повышение чувствительности оптико-физических измерений путем нелинейной регистрации и обработки изображений является весьма актуальной задачей

Оптическая обработка фотографических изображений, позволяющая повысить чувствительность оптико-физических измерений на этапе регистрации или анализа фотоснимка, необходима для решения целого ряда задач

- обработке фотографий интерференционных картин при исследовании параметров разреженных потоков в аэродинамических и ударных трубах, исследовании волновых аберраций прецизионных оптических элементов и систем, в том числе зеркал резонаторов мощных газовых лазеров специального назначения, исследовании шероховатости сверхгладких поверхностей таких зеркал,

- выявлении малоконтрастных деталей изображений на рентгеновских снимках, например, трещин или толщины оболочек тепловыделяющих элементов малогабаритных ядерных реакторов,

- улучшении качества малоконтрастных изображений, например, практически нечитаемого текста или иного изображения, сфотографированного сквозь помеху, или перебитого номера корпуса автомобиля или двигателя

При помощи наиболее распространенной двухлучевой интерферометрии и визуальной оценки величины сдвига интерференционных полос можно производить измерения с погрешностью У20 — Я/50, где X - длина волны используемого излучения Для источников видимого диапазона погрешность измерений примерно 10 нм, что вполне достаточно для большинства случаев

Существует целый ряд задач, для решения которых чувствительность интерференционных измерений должна быть повышена при помощи простых средств на один или два порядка К таким задачам, в частности, относится исследование обтекания тел на баллистических трассах малой плотности, то есть имитация полета искусственного спутника Земли в верхних слоях атмосферы, исследовании формы зеркал уникальных телескопов, зеркал оптических резонаторов, измерение интерференционными методами формы шероховатости полированных сверхгладких поверхностей с максимальным уклонением Яа менее 1 нм, измерении высоты ступеньки на отражательной голографической решетке

К настоящему времени разработано множество методов повышения чувствительности интерференционных измерений, но большинство из них имеет очень узкие рамки применения Так, например, многолучевая интерферометрия может быть применена только при исследовании поверхностей с коэффициентом отражения Л, близким к единице Методы, основанные на многократном прохождении зондирующего излучения сквозь исследуемую среду, в большей степени подвержены влиянию вибраций и воздушных потоков, а также могут быть реализованы только в простейших схемах интерферометров (Майкельсона, Тваймана - Грина, Физо)

Голографическим методам повышения точности и чувствительности измерений сопутствуют все ограничения голографии по вибрациям и воздушным потокам

Отдельно следует отметить, что предлагаемые в данной работе методы оптической обработки изображений ни в коем случае не противопоставляются методам фотоэлектрической обработки изображений, а дополняют эти методы

Иными словами, оптические методы должны улучшать картину до такой степени, чтобы ее фотоэлектрическая обработка была возможно более простой

Развитие и широкое применение автоматизированных сканирующих систем для интерферометрии, рентгеновской техники, тепловидения и других отраслей изменили представление о роли фотографических материалов в физических экспериментах и измерениях

Фотоматериалы принято рассматривать как оптическое запоминающее устройство, способное не только накапливать, но и преобразовывать анализируемую информацию, в частности, преобразовывать рентгеновский, ультрафиолетовый и инфракрасный диапазоны в видимый, для обработки которого создано значительно большее число матриц и оптических устройств

И, наконец, разрешающая способность по полю фотослоев до сих пор на порядок превосходит разрешающую способность фотоприемных матриц

Так, например, при использовании в качестве фоторегистратора фотослоев типа МИКРАТ на 1 мм2 помещается 0,09 МПк, а на стандартном кадре размером 24 х 36 мм — уже 77,7 МПк

Кроме того, в случае необходимости размер снимка может быть повышен до размеров 300 х 400 мм, и тогда на нем будет записано 10 800 МПк

Диссертанту неизвестны промышленно изготовляемые и доступные широкому кругу пользователей матрицы с аналогичными характеристиками

В процессе выполнения данной работы автору пришлось ответить на следующие вопросы или конкретизировать их

- всегда ли интерференционная картина может быть зарегистрирована в нелинейном режиме, и в каких случаях такая регистрация приводит к повышению чувствительности измерений, а в каких, в лучшем случае, бесполезна, а иногда даже вредна,

- что следует понимать под термином высококонтрастная интерференционная картина,

- от каких параметров интерферометра и лазера численно зависит коэффициент повышения чувствительности измерений,

- как известные критерии чувствительности измерений связаны между собой в различных интерференционных методах,

- каким образом можно теоретически определить чувствительность интерференционных измерений при нелинейной фоторегистрации,

- в каких областях интерференционных измерений целесообразнее всего использовать нелинейную фоторегистрацию, а в каких — метод дифференцирования (оконтуривания) интерференционных полос,

- фотоматериалы с какими характеристиками наиболее эффективны для применения метода дифференцирования интерференционных полос,

- в каких областях интерференционных измерений наиболее эффективно использовать метод псевдоцветного кодирования интерферограмм,

- в каких областях исследования рентгенограмм наиболее целесообразно применение метода псевдоцветного кодирования изображений и какие характеристики псевдоцветной картины позволяют говорить о повышении чувствительности измерений по сравнению с исходной картиной

Исходя из вышеперечисленного, и были сформулированы цели настоящей работы

Цель и задачи исследования

Целью настоящей работы являются

- теоретическое и экспериментальное доказательство возможности повышения чувствительности интерференционных измерений путем обострения экстремумов полос за счет использования нелинейности характеристической кривой используемого при фоторегистрации фотоматериала,

- теоретическое и экспериментальное доказательство возможности повышения точности и чувствительности интерференционных измерений путем оптического дифференцирования, или оконтуривания интерференционных полос,

- теоретическое и экспериментальное доказательство за счет псевдоцветового кодирования интерференционной картины, возможности повышения точности и чувствительности интерференционных измерений и повышения информативности рентгеновских медицинских и технических изображений при их освещении взаимно дополнительными цветами в прямом и в рассеянном свете

- разработка рекомендаций по регулированию чувствительности измерений путем выбора типа фотоматериала и режима его обработки, разработка методики проведения измерений повышенной чувствительности на стандартных двухлучевых интерферометрах и апробация разработанного метода при исследовании некоторых параметров оптических элементов,

- теоретическое доказательство превосходства абсорбционных светофильтров перед интерференционными при использовании протяженных источников света

Достижение поставленных целей сопровождалось решением следующих задач:

- уточнение терминов «чувствительность» и «точность» интерференционных измерений применительно ко всем высокоточным методам интерференционных измерений, а также их взаимосвязи с параметрами интерференционной картины,

- анализ взаимосвязи между параметрами интерференционной картины, ее зарегистрированного образа - интерферограммы и характеристической кривой фотоматериала при нелинейном режиме фоторегистрации,

- анализ взаимосвязи между распределением интенсивности света в исходной интерференционной картине, ее интерферограмме и распределением интенсивности света при освещении интерферограммы монохроматическими наклонными пучками,

-теоретическое и экспериментальное исследование факторов, влияющих на чувствительность измерений и анализ распределения интенсивности цвета и его колориметрического состава при освещении интерферограммы двумя или более дополнительными цветами,

- разработка методики нелинейной фоторегистрации интерференционных картин, включающей в себя выбор фотоматериала и определение наиболее целесообразных для данных условий режимов нелинейной регистрации,

- разработка методики анализа интерферограмм в диффузном освещении монохроматическим светом, включающей в себя выбор материала по зернистости фотослоя, величины вуали и определении оптимального угла освещения интерферограмм,

- разработка методики псевдоцветового кодирования интерферограмм при освещении их по нормали и наклонным пучками дополнительных цветов,

Объект исследования

Объектом исследования являлись изображения на фотослое — интерференционные картины и рентгенограммы, а также характеристики изделия, для изучения которых были получены интерферограммы и рентгенограммы - отклонение формы поверхности зеркал от ближайшей сферы сравнения, шероховатость поверхности зеркал, внутреннее строение тепловыделяющих элементов шарового типа

Методика исследования

При решении поставленных задач использовался математический аппарат, применяемый в теоретической интерферометрии, теория аппроксимации характеристических кривых фотоматериалов, применяемая в классической фотометрии и денситометрии, экспериментальные исследования производились с применением стандартного интерферометрического и голографического оборудования

Научная новизна

1 Теоретически и экспериментально обоснована возможность повышения чувствительности интерференционных измерений путем выделения экстремумов полос за счет нелинейного режима фоторегистрации

2 Теоретическими и экспериментальными исследованиями установлена взаимосвязь чувствительности интерференционных измерений с распределением интенсивности в полосах регистрируемой интерференционной картины, параметрами характеристической кривой фотоматериала и положением рабочей точки относительно характеристической кривой при нелинейном режиме фоторегистрации

3 Экспериментально подтверждена эффективность метода нелинейной фоторегистрации, обеспечивающего повышение чувствительности измерений более чем на порядок, то есть уменьшение погрешности измерений до величин У300

4 Теоретически и экспериментально обоснована возможность повышения чувствительности интерференционных измерений путем дифференцирования контуров полос

5 Теоретически и экспериментально обоснована возможность повышения чувствительности интерференционных измерений путем одновременного освещения интерферограммы двумя дополнительными цветами

6 Теоретически и экспериментально обоснована возможность наблюдения многолучевых интерференционных картин в отраженном свете за счет отфильтровывания составляющей нулевого порядка

7 Теоретически обосновано преимущество абсорбционных стеклянных светофильтров перед интерференционными при углах падения света на светофильтр более 10 градусов

Практическая ценность и значимость

Разработанные методики оптического анализа изображений и выработанные рекомендации по оптимальному применению методов позволяют повысить точность и чувствительность уже действующих,

9

промышленно выпускаемых двух- и многолучевых интерферометров, рентгеновских аппаратов, фотометров, колориметров и микроколориметров без внесения значительных конструктивных изменений в оптические схемы приборов

Основные положения, выносимые на защиту

1 Критерий сравнительной чувствительности интерференционных измерений 51, определенный как предел отношения чувствительностей предлагаемых и базового метода, за который взята двухлучевая интерферометрия с видностью картины У= 1 по всему полю интерференции

2 Способ повышения чувствительности интерференционных измерений путем выделения экстремумов полос на стадии фоторегистрации, основанный на использовании фотоматериалов с резко выраженной нелинейностью характеристической кривой

3 Аналитические зависимости, устанавливающие однозначную взаимосвязь между видностью интерференционной картины, параметрами характеристической кривой фотоматериала и сравнительной чувствительностью измерений

4 Способ повышения чувствительности интерференционных измерений путем дифференцирования интерференционных полос и их псевдоцветового кодирования

5 Способ повышения информативности черно-белых изображений путем их псевдоцветового кодирования

6 Способ инвертирования многолучевой интерференционной картины за счет отфильтровывания нулевого порядка

Публикации

По теме диссертации опубликовано 40 работ, из них 18 входит в список работ, рекомендуемый ВАКом, в том числе 9 изобретений, заявок на изобретения и патентов РФ 3 статьи опубликованы в США

Апробация работы

Основные результаты работы докладывались на Всесоюзном семинаре «Физические методы исследования прозрачных неоднородностей» в 1983 и 1984 гг в городе Москва, на конференциях-конкурсах НИР Подольского научно-исследовательского и технологического института в 1985 и 1987 гг , на 50 и 51 научно-технических конференциях преподавателей СГГА в 2000 и 2001 гг , на международных научных конгрессах «ГЕО-Сибирь 2006», и «ГЕОСибирь 2007», на Всероссийской заочной электронной конференции (фундаментальные исследования) в 2007 г

Личный вклад автора:

- выбор общего направления исследований,

- постановка конкретных задач в процессе выполнения эксперимента,

- участие в проведении экспериментов,

- построение математических моделей процессов и явлений,

- анализ результатов моделирования,

- интерпретация экспериментальных данных

Структура и объем диссертации Диссертация состоит из введения, четырех разделов, заключения и приложения Она изложена на 178 страницах машинописного текста, содержит 32 иллюстрации и список литературы из 78 наименований

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, поставлены цель и сформулированы задачи исследований, определена научная новизна и практическая ценность полученных результатов, выделены положения, выносимые на защиту

В первом разделе рассмотрены известные методы повышения точности и чувствительности интерференционных измерений и методы псевдоцветового кодирования изображений Значительное место уделено анализу работоспособности этих методов в условиях реального физического

эксперимента Уточнен класс объектов, которые могут быть исследованы при помощи известных методов Рассмотрена возможность применения этих методов на стандартном оборудовании с минимальными переделками В этом же разделе конкретизируются, применительно к интерференционным измерениям, определения точности, погрешности и чувствительности интерференционных измерений, что связано с неопределенностью, а зачастую и противоречивостью названных определений в научно-технической литературе

В настоящей работе названные параметры определены следующим образом

При настройке интерферометра на полосы так называемой «бесконечной ширины», измеряемым параметром является изменение интенсивности в некоторых точках интерференционного поля, поэтому абсолютной чувствительностью измерений будем называть отношение изменения интенсивности с11 на участке интерференционного контура максимальной крутизны к разности фаз 8, вызвавшей это изменение Ба = с11 / с18, относительной чувствительностью измерений назовем величину 5Г — (II / с18 1тах, где 1тах — интенсивность в максимумах интерференции

При настройке на полосы так называемой «конечной ширины» разность фаз приводит к смещению экстремумов интерференции относительно первоначального, нулевого положения, однако непосредственно измеряемой величиной является изменение интенсивности интерференционной полосы вблизи экстремума, то есть при д —* кх, кде к — порядок интерференции Так как при 8 = кх, изменение интенсивности в полосах сИ = 0, то и абсолютная, и относительная чувствительности измерений при этом равны нулю

Для разрешения указанного противоречия введен критерий сравнительной чувствительности измерений § = I где 8 - чувствительность

рассматриваемого метода, 5е - чувствительность метода, принятого за базовый В качестве базового метода была выбрана наиболее распространенная

двухлучевая интерферометрия со стопроцентной видностью интерференционной картины Видностью картины V здесь и далее названа величина У= (1тах - ¡„„„Ж^тах + 1тп), где 1тах, 1тт - интенсивности в максимумах и минимумах интерференции

Очень часто, в силу разнообразных причин, интерференционная картина вначале регистрируется на каком-либо промежуточном носителе и уже затем, в спокойной обстановке, подвергается анализу

В этом случае во всех вышеприведенных выражениях необходимо заменить величины сII на соответствующие величины коэффициента пропускания фотослоя или иной регистрирующей среды с1Т, определяемые как отношение интенсивностей падающего на носитель информации и прошедшего сквозь него светового пучка

Напомним, что собственно интерферометр является не измерительным, а преобразовательным прибором, так непосредственно фазу световой волны ни один фотоприемник не воспринимает, поэтому погрешность интерференционных измерений определяется не только чувствительностью интерферометра, но и возможностями устройства, с помощью которого анализируются интерферограммы

Очень часто до сих пор предварительный анализ интерферограмм производят визуально, так как система «глаз человека — мозг человека» в некоторых случаях, до сих пор остается непревзойденной В этом случае чувствительность измерений можно приближенно считать пропорциональной резкости полос, под которой понимают соотношение ширины светлых и темных участков полос, измеренное на половине максимальной интенсивности В настоящей работе рассматриваются только возможности оптического повышения чувствительности и уменьшения погрешности измерений, хотя очевидно, что за счет повышения возможностей анализатора можно добиться того же эффекта

В работе рассматриваются несколько разобщенных критериев чувствительности интерференционных измерений Для интерферометров, у

которых чувствительность измерений повышается благодаря увеличению количества полос, известен критерий «цена интерференционной полосы»

Чувствительность интерферометров с несинусоидальным распределением интенсивности в полосах характеризуют как относительную резкость полос Р, под которой понимают соотношение «светлых» и «темных» участков интерференционных полос на уровне половины максимальной интенсивности

Введенные таким образом определения чувствительности не позволяют сравнивать между собой различные типы высокочувствительных интерферометров Кроме того, зачастую используются различные фотоэлектрические системы регистрации полос, и это еще больше запутывает картину

Оба вышеприведенных критерия имеют общий недостаток - они не соответствуют общепринятому, в том числе ГОСТом, критерию чувствительности, а именно — под чувствительностью можно понимать только отношение изменения сигнала (11 на выходе измерительного прибора к вызывающему его изменению измеряемой величины с1х Б- с!11 ск

В работе введен общий критерий чувствительности интерференционных измерений, который в двух предельных случаях вырождается либо в «цену интерференционных полос», либо в «резкость интерференционных полос»

Таким критерием является впервые введенный автором критерий сравнительной чувствительности интерференционных измерений £ = $ / 5?

Далее в работе показано, что в многолучевом интерферометре, по сравнению с двухлучевым интерферометром, чувствительность измерений пропорциональна квадрату резкости полос /% а не первой степени, как считалось раньше

Этот вывод является одним из наиболее значимых в данной работе Далее в работе найдена чувствительность измерений для многопроходовых интерферометров и других типов интерферометров, в которых повышение чувствительности достигается уменьшением цены интерференционной полосы Показано, что для таких интерферометров чувствительность пропорциональна

не числу проходов п зондирующего излучения сквозь фазовую неоднородность, а произведению величины п на видность V картины, которая наблюдается при этом числе проходов п

В таблице 1 представлены сводные характеристики различных критериев чувствительности применительно к различным методам повышения чувствительности интерференционных измерений Видно, что предложенный метод сравнительной чувствительности наиболее полно удовлетворяет всем требованиям

Далее приведен сравнительный анализ известных методов повышения чувствительности интерференционных измерений - многопроходовой интерферометрии и ее голографических аналогов, двухдлинноволновой интерферометрии, многолучевой интерферометрии Классификация этих методов, предложенная автором, представлена на рисунке 1, сравнительные характеристики представлены в таблице 2

К основным выводам по разделу 1 можно отнести следующие

1 Проанализированы используемые в научно-технической литературе критерии чувствительности интерференционных измерений - резкость полос, цена интерференционных полос, фактор резкости Показано, что используемые ранее критерии верны только для определенного типа интерферометра или конкретного способа настройки интерферометра и анализа интерференционной картины Предложен и обоснован более общий критерий чувствительности интерференционных измерений, на основе которого, как предельные случаи, могут быть получены ранее известные, но разобщенные критерии

2 Проведен анализ разработанных к настоящему времени методов повышения чувствительности оптических интерферометров - модернизация самой оптической схемы, фотоэлектронная обработка изображения, оптическая обработка изображения Показано, что существующие методы либо слишком сложны в реализации, либо, при повышении чувствительности измерений, происходит одновременное снижение разрешающей способности по полю

Критерии чувствительности измерений

£

я р

§

2 §

м *

XI

О» о о

Абсолютная чувствительность измерений

5 - й1 е1А*1

Экстремум крутизны

Экстремум интенсивности

Сравнительная

чувствительность измерений _&

Экстремум крутизны

Экстремум интенсивности

Участок настройки

ё €

0

со §

X

а X ■8

•8

к

1

я

13 ■§

■8 к

П1

а л

V га

е §

О"

я

0

1

%

-Ч II

(О

02

Со

051

II

3

051 II

Л

и ^

х

Ы V; Л а а

о »

а

§

-в-

а я

а о

а тз

(а 2

%

II а

II

ю

СО

& Со

II а

а II

О

ы\

•в-■а-

"ч

со

■в-•в-

Оз

II

а

Оз

051

II а

со

(ч>

II

-ч

и ■в-•в-

"в-•в-

ж о -1 о

2 8

»

Методы, позволяющие уменьшить цену полос интерференционной картины

Методы, позволяющие перераспределить интенсивность в интерференционных полосах

Основанные на принципе многократного просвечивания интерферометрии

Использующие нелинейность световых характеристик регистрирующих материалов

Рисунок 1 - Классификация методов повышения чувствительности интерференционных измерений

Таблица 2 - Сравнительные характеристики методов повышения чувствительности

\ Методы \ повышения \ чувствитель-\ ности Многолучевая Многопроходовая Нелинейная голографическая с восстановлением волн высших порядков Двухдлинноволновая Эквиденситометрия Нелинейная регистрация

В проходящем свете Голографическая С согласованным передним зеркалом

Необходимость использования высококачественной оптики да нет да да нет нет нет нет

Возможность реализации в реальном масштабе времени да нет да да нет да нет да

Тип исследуемого объекта Диффузные нет да нет да да да да да

Амплитудно-фазовые нет да нет да нет да да да

Фазовые отражающие да да да да да да да да

Фазовые пропускающие да да нет да да да да да

Необходимость использования лазера нет да нет нет да нет нет нет

Возможность реализации на двухлучевом интерферометре нет нет нет нет нет нет да да

3 При помощи вновь введенного критерия сравнительной чувствительности интерференционных измерений проанализированы известные схемы интерферометров Уточнены значения чувствительности для двух частных случаев - многопроходовой и многолучевой интерферометрии

4 Обоснована необходимость разработки методов повышения чувствительности интерференционных измерений, сочетающих в себе возможность реализации на уже действующих приборах с высокой устойчивостью к действию дестабилизирующих факторов

Во втором разделе проведено теоретическое исследование методов нелинейной обработки изображений

В подразделе 21 исследуется чувствительность метода нелинейной фоторегистрации интерференционных картин при настройках на полосы конечной и бесконечной ширины

Нелинейная фоторегистрация может быть осуществлена при помощи любого фотоприемника, так как у любого фотоприемника существует область линейного отклика и область нелинейных искажений, в которую, без крайней необходимости, не помещают рабочую точку

В настоящей работе упор сделан на использовании фотоматериалов, что обусловлено их следующими преимуществами перед любыми другими фотоприемниками при равной стоимости

- широкий спектральный диапазон — от инфракрасного до рентгеновского,

- высокая пространственная разрешающая способность до нескольких тысяч линий на миллиметр;

- большая площадь фоторегистрации — до нескольких квадратных дециметров,

- хорошая изученность и стабильность свойств

В дальнейшем, при необходимости, приведенные в диссертации подходы могут быть применены и для других фотоприемников

Для рассмотрения взаимосвязи чувствительности измерений с режимом фоторегистрации были рассмотрены различные способы аппроксимации характеристических кривых, а для более детального рассмотрения была выбрана следующая

Т(Н) = а (Н + b) ехр[-с(Н + 6)]

(1)

где Т - амплитудное пропускание экспонированного и проявленного фотослоя, Н — величина экспозиции, а, Ь, с - коэффициенты аппроксимации, определяемые типом фотослоя и режимом его обработки, а именно - составом проявляющего раствора, его концентрацией, температурой и временем проявления, а также предварительной сенсибилизацией фотослоя

Для упрощения анализа взаимосвязи чувствительности измерений с режимом фоторегистрации вначале зафиксировали условия проявления, то есть предположили, что величины а, Ъ, с являются константами, а для еще большего упрощения эти константы были выбраны а = е = 2,718 , - основание натуральных логарифмов, b = с = 1 Отметим, что в дальнейшем проанализирована и взаимосвязь этих трех коэффициентов аппроксимации с чувствительностью измерений

В работе показано, что в этом случае максимальная чувствительность измерений зависит только от видности интерференционной картины

(Sa)max = -dT/dS = 4Ve2 (1 - V)'2 (2)

Условие (2) может быть реализовано при одновременном выполнении двух условий

Sm = arceos V, (3)

(H0)o„m = 2(1- V2y\ (4)

где б0пт - участок интерференционного контура, на который микроподвижками зеркал необходимо предварительно настроить интерферометр, (Н0)опт - величина экспозиции при фоторегистрации

В работе также найдена чувствительность интерференционных измерений при линейной фоторегистрации Известно, что в этом случае разность фаз между интерферирующими лучами <5 = ж / 4, а экспозиция Н„ выбирается таким образом, чтобы положение рабочей точки соответствовало половине максимального пропускания фотослоя 20

В работе аналитически показано, что при этом чувствительность измерений выражается зависимостью:

5;, ,„„ = 25(1 - Усобк/ 4)соя(ж ! 4:)ехр-[5(1 - Усохтг / 4) + I].

Зависимость (2) представлена на рисунке 2.

Зависимости (3) и (4) представлены на рисунке 3.

Анализ зависимости (2) позволяет сделать вывод о том, что с ростом видности картины V величина чувствительности измерений может возрасти более чем на порядок, если удастся обеспечить видность интерференционной картины более чем 0,995. Кроме того, из выражения (2) следует, что даже при высокой видности картины высокая чувствительность обеспечивается только при настройке Интерферометра на необходимую разность фаз 6 интерферирующих пучков. Это означает, что в конструкцию интерферометра дополнительно необходимо ввести устройство для точной плавной регулировки разности фаз - например, тонкую стеклянную пластинку в одно из плеч интерферометра с возможностью наклона ее к оптической оси.

Рисунок 2 - Зависимость чувствительности измерений от видности V регистрируемой картины

/ / 09 V

/ ! 5опг □ 8 /Нопг

/ / 07

/ 06

/ 1 05

5 Л/2 Я/4 0 20 40 60 Н

а б

Рисунок 3 — Взаимосвязь оптимальной величины экспозиции Н, видности интерференционной картины V и участка контура 8

Зависимости (3) и (4), представленные на рисунке 3, говорят о том, что юстировка интерферометра с нелинейной фоторегистрацией имеет некоторые дополнительные операции, а именно, после измерения видности интерференционной картины V и определения оптимальной экспозиции (Но)огт, что кажется очевидным, необходимо еще настроить интерферометр на участок интерференционного контура согласно уравнению (3), что очевидным ни в коей мере не является

В работе далее показано, что, при изменении средней экспозиции по полю интерференции, чувствительность измерений также будет меняться. Это позволяет регулировать чувствительность измерений без внесения конструктивных изменений в схему интерферометра, что не позволяет сделать ни метод многолучевой, ни метод многопроходовой интерферометрии Иными словами, на одном и том же интерферометре можно производить измерения и обычной, и повышенной чувствительности, варьируя только время экспозиции и участок интерференционного контура, на который настроен прибор 22

Далее в диссертации показано, каким образом параметры характеристической кривой, заданные через параметры аппроксимации а, Ь, с, влияют на величину оптимальной экспозиции, при которой чувствительность измерений максимальна

(Н„)апт = (z - cb) / с(1 - V2), (5)

где

z = -0,5\p + 4 + (p2 + 4)],p = cb- 1 (6)

При выполнении условий (3) и (4) абсолютная чувствительность измерений будет максимальна

Sa = a V(1 - z)(z -св)/с exp z(l - К2)"'2

В работе также найдена взаимосвязь между резкостью полос F, видностью регистрируемой картины V, видностью зарегистрированной картины (интерферограммы) F3 и оптимальной величиной экспозиции

V3 = ((1 + V)Y - (1 - V)Y / ((1 + V)Y + (1 - V)r), (7)

F = arcos"1 {V1 * [1 - l¡2 * (1 - V)]}, (8)

F = 2 / barcos"1 {[У2 - [Но * \jíj * (l¡2 - 1) / [Но * (VÜ - 1)]} (9)

Уравнения (7), (8), (9) графически представлены на рисунке 4 С помощью приведенных зависимостей можно определить по известной видности регистрируемой картины V величину экспозиции, необходимую для получения нелинейной интерферограммы, резкость полос F, определяющую чувствительность измерений, а также видность зарегистрированной интерферограммы К3, у - коэффициент контрастности фотоматериала

Примеры интерферограмм, зарегистрированных на одном и том же неравноплечем лазерном интерферометре показаны на рисунке 5

УС р 10 у

5 л

у 0.75 050 0.25 0 * г 13 Но^,

А 0.25

т/ / у=з / / 05

У г-б 0.75 V:,

Рисунок 4 - Взаимосвязь резкости полос Г , коэффициента контрастности фотоматериала у, видности регистрируемой картины V, видя ости зарегистрированной интерферограммы У} и относительной экспозиции И„ / Н,

Рисунок 5 - Интерферограммы, зарегистрированные в линейном режиме (а) и в нелинейном режиме (б)

Далее теоретически рассматривалась возможность повысить чувствительность интерференционных измерений путем выделения контуров интерференционных полос за счет диффузного рассеивания фотослоя

Принцип действия предложенного метода состоит в следующем Известно, что пропущенный фотопленкой свет содержит две составляющие — регулярную, которая сохраняет направление первоначального распространения и первоначальную когерентность, и диффузную, которая некогерентна и распространяется в пределах некоторого телесного угла, называемого индикатрисой рассеивания

Если анализировать интерферограммы, направляя свет по нормали и наблюдая по нормали полученное изображение, то соотношение между регулярной и диффузной составляющей не играет никакой роли Если же в процессе анализа интерферограммы разделить названные компоненты, то возникнет два изображения — относительно яркое позитивное, образованное регулярной составляющей, и относительно слабое негативное, образованное диффузной составляющей

Сквозь самые светлые полосы интерферограммы, соответствующие минимумам интерференционной картины для негативного фотоматериала, пройдет слой преимущественно с регулярной структурой, сквозь сильно экспонированные участки, соответствующие максимумам интерференции, свет не пройдет вообще, и только участки на границе светлых и темных полос дадут диффузную составляющую, распространяющуюся во все стороны

Из более ранних работ известно, что такое дифференцирование изображений интерференционных полос приводит к повышению чувствительности измерений и снижению погрешности измерений

Запатентованный с участием диссертанта способ и устройство для анализа интерференционных картин представлен на рисунке 6 и содержит анализируемую интерферограмму 2, источники коллимированного излучения с лампами 3 и 5 и объективами 4 и 6, оптические оси которых направлены по нормали и под некоторым углом а к нормали и наблюдательный объектив 1 с

передним апертурным углом /?. Оконтуривание интерференционных полос произойдет только в том случае, если, с одной стороны, в объектив 1 не попадет регулярная составляющая, то есть а > /?, а, с другой стороны, попадет диффузная составляющая, то есть выполняется условие у > а, где у - угол диффузного рассеивания фотослоя.

Пример исходной интерферограммы и интерферограммы продифференцированной представлен на рисунке 7.

В некоторых случаях на фотоснимке может присутствовать информация о зарегистрированном объекте, но величина экспозиции по какой-то причине настолько мала, что ни визуально, ни при помощи систем технического зрения не может быть уловлена.

Рисунок 7 —Исходная и продифференцированная интерферограммы

Диссертант предположил, что при малых экспозициях в микрокристаллах серебра происходят некоторые процессы, еще не приводящие к почернению

Рисунок 6 - Оптическая схема дифференцирования интерферо грамм и анализа сверхслабого изображения в диффузном свете

микрокристаллов, но уже вызывающие рассеивание в фотослое. Эти изменения диссертант предложил визуализировать при помощи освещения в наклонных пучках - отфильтровывать нулевую составляющую лучистого потока, наблюдая тем самым только рассеянный свет.

В некоторых случаях при восстановлении фотоснимков в наклонных пучках выявляется кажущаяся умеренной информация о зарегистрированном объекте.

Так, например, на рисунке 8, а представлен фрагмент книги под редакцией Д. Кейсенсента «Оптическая обработка информации», а на рисунке 8, б - эта же страница, намеренно сфотографированная в крайне неудачном режиме.

Пример фотоснимка, наблюдаемого в наклонных пучках, представлен на рисунке 8, в.

Текст читается или, по крайне мере, угадывается достаточно легко.

Далее, на рисунке 12, представлено восстановленное в псевдоцветах с рисунка 8, б изображение.

в)

Рисунок 8 - Исходный и сфотографированный сквозь помеху текст

Также во втором разделе рассмотрена возможность инвертировать, или обращать интерференционную картину, получаемую при помощи интерферометра Фабри - Перо (ИФП)

ИФП представляет собой две плоско-параллельные пластины, которые наклонены друг относительно друга под некоторым небольшим углом в При освещении ИФП плоским пучком возникает две интерференционные картины -в проходящем и отраженном свете, причем эти картины являются дополнительными, т е максимумам картины в отраженном свете соответствует минимум в свете проходящем, и наоборот В проходящем свете интерференционная картина представляет собой узкие светлые полосы, разделенные широкими темными промежутками, в отраженном свете наблюдается дополнительная картина - на сплошном светлом фоне видны узкие темные полосы

В проходящем свете несколько спектральных линий, соответствующих различным длинам волн, дают раздельные системы полос

В отраженном свете система широких светлых полос, соответствующих различным длинам волн, накладываются друг на друга, и либо резко падает контраст картины, либо она вообще пропадает Поэтому при анализе немонохроматического излучения ИФП может быть использован только в проходящем свете

В ряде случаев второе зеркало интерферометра является глухим, т е имеет коэффициент отражения почти 1, и спектральные измерения с таким интерферометром невозможны

В настоящей работе предложено расширение функциональных возможностей способа наблюдения интерференционной картины в отраженном свете при помощи ИФП, включающее разложение отраженного от ИФП светового пучка в пространственный спектр при помощи наклона одного из зеркал ИФП относительно другого зеркала на малый угол о, фокусировку отраженного светового пучка объективом и подавление нулевого

пространственного порядка при помощи поглощающей диафрагмы, причем угол наклона а выбирают из условия

а > 1,22А / Д

где X - наибольшая длина волны зондирующего излучения,

Б - световой диаметр зеркал ИФП Отраженные от ИФП лучи образуют последовательность колебаний

50=а р' е-'5'

Б1~а (V)2 р е>ъ е~,&'

Б2=а (х')2 р' (р )2 е'5' е-2'«

53 =а (х')г р' (р)* е'8 е-3й

Б^а (х')2 р (р)2<^1)

где а — амплитуда падающего колебания,

р иг - коэффициенты отражения и соответственно пропускания, р' ит1- амплитудные коэффициенты отражения и пропускания зеркальных слоев,

5, -у-е световое колебание, отраженное от поверхности пластины Если каким-то образом исключить из прогрессии ее нулевой член

50 = а р е-'5', то оставшаяся часть образует бесконечно убывающую

геометрическую прогрессию, сумма членов которой равна

5Р= Ь =а (х')2 Р е* 7=1

Заменив в последнем выражении комплексные величины на действительные и умножив на комплексно-сопряженную величину, найдем распределение интенсивностей в отраженном свете

7 7° Р а-р2^ + 4р в1п2(Ь/2)

Последнее выражение имеет точно такой же вид, что и распределение интенсивностей в прошедшем свете Это означает, что исключение светового пучка нулевого порядка, например, при помощи фокусирующего объектива и поглощающей диафрагмы, позволяет инвертировать распределение освещенностей интерференционной картины

Осуществление заявленного способа поясняется с помощью устройства, представленного на рисунке 9

Устройство содержит объективы 1 и 2, при помощи которых получают коллимированный пучок излучения, зеркала интерферометра 3 и 4, зеркало 5 с отверстием при помощи которого происходит фильтрация нулевого отраженного пучка, объективы расположены конфокально, и с их общим фокусом совпвдает отверстие в зеркале

Экспериментальная проверка предлагаемого способа осуществлялена при помощи гелий-неонового лазера ЛГ-79, микрообъектива с фокусом 15 мм и объектива со световым диаметром 50 мм и фокусным расстоянием 400 мм из комплекта оптической скамьи ОСК-2 и двух плоско-параллельных пластинок со световым диаметром 50 мм и коэффициентом отражения 60 % и 98 % Интерферограммы, полученные в отраженном свете с не исключенной (а) и исключенной (б) нулевой компонентой, представлены на рисунке 10

В разделе 2 также рассматриваются варианты псе в до цветового кодирования черно-белых фотографий.

Первый из них включает все пункты вышеописанного способа и дополнительно включает ту особенность, что освещение по нормали и под углом к интерферограмме производили двумя дополнительными цветами, например, синим цветом - по оптической оси, красным цветом — в интервале углов от р до у + р.

В результате такого освещения интерферограммы, сквозь слабо экспонированные участки проходит преимущественно синий цвет, сквозь сильно экспонированные участки интерфсрограммы свет вообще не проходит, сквозь участки интерферограммы, соответствующие средним величинам экспозиций, то есть контурам полос, проходит преимущественно рассеянный красный цвет. В результате смешения цветов область перехода от светлых полос к темным приобретает зеленый цвет, светлые участки остаются окрашенными в синий цвет, а темные — в красный цвет.

а) б)

Рисунок 10-Исходная и инвертированная интерферограммы

За счет того, что чувствительность глаза к изменениям цвета более чем на два порядка больше чувствительности к изменениям интенсивности, и повышается чувствительность интерференционных измерений.

Примеры исходной интерферограммы, освещенной синим и пурпурным цветом И синим и красным цветом одновременно представлены на рисунке 11.

а) б) в)

а) исходная черно-белая ннтерферограмма;

б) интерферограммы о с вешаемая через синий и пурпурный светофильтры;

в) ннтерферограмма, освещаемая В прямом и диффузном снеге синим I! красным цветами Одновременно

Рисунок 11 - Примеры лнтерферограмм

Второй вариант анализа интерферограммы при освещении одновременно двумя пучками свега основан на эффекте мерцания, а именно, освещение по нормали к интерферограмме и под углом к ней производят в так называемой противофазе. За счет того, что чувствительность глаза к мерцаниям, то есть циклическим изменениям интенсивности света с частотой не более 25 Гц, превосходит чувствительность того же глаза к плавным изменениям интенсивности, и повышается чувствительность измерений.

Инвертированная многолучевая ннтерферограмма. наблюдаемая при освещении фотоснимка одновременно синим в прямом цвете и красным в свете рассеянном, показана на рисунке 12,а.

Рисунок 12а- Инвертированная многолучевая интерферограм м а

Восстановленное с рисунка 8, б изображение в псевдоцветах приведено на рисунке 126.

I а

?ре0од с английск

1 ^А радение« Д. НейсдемтГ

?ре0од с англииск

Рисунок 126 - Восстановленное изображе]гие в псевдоцветах

Первоначально монохроматические интерферограммы, освещенные двумя взаимно-дополнительными цветами, показаны на рисунке 12в.

Рисунок 12в - Интерферограммы, освещенные двумя взаимно-дополнительными цветами

В этом же разделе рассматривается возможность максимизации чувствительности и точности измерений при использовании многопроходовой интерферометрии

Автором предложено при многопроходовых интерференционных измерениях вначале измерять видность V при каждом числе переотражений п от исследуемой поверхности, а сами интерференционные измерения производить при таком числе проходов, при котором максимальна величина nV

Напомним, что распределение интенсивностей в полосах многопроходовых интерферометров выражается зависимостью вида

hp = hao cos (п <5/2), (10)

где 1„р, 1„а<) - интенсивность падающего на интерферометр и прошедшего сквозь него света

Если продифференцировать выражение 10 и найти экстремум чувствительности, то окажется что она максимальна именно тогда, когда максимально значение п V

Если пользоваться таким критерием чувствительности измерений, как смещение интерференционных полос, то максимальная чувствительность достигается при таком максимальном п, при котором полосы еще просматриваются на фоне шумов, то есть чувствительность возрастает линейно с ростом п, а затем скачком падает до нуля

Сравнение двух способов настройки многопроходового интерферометра на максимальную чувствительность приведено в разделе 3 — экспериментальные исследования

Основные выводы по разделу 2

1 При возрастании видности V интерференционной картины чувствительность измерений по интерферограмме увеличивается как при стандартном линейном, так и при предложенном диссертантом режиме фоторегистрации При этом, в случае линейного режима, возрастание

чувствительности измерений незначительно, а при нелинейном режиме чувствительность может возрасти примерно на порядок

2 Предпосылкой создания высокочувствительных двухлучевых интерферометров является такая модернизация их схем, при которой становится возможным получить видность картины не менее 0,9 В лазерных интерферометрах необходимо снижать уровень спекл-шумов, в интерферометрах с источниками белого света — повышать монохроматичность излучения

3 Показаны возможности оптического дифференцирования интерференционных полос, визуализации практически не читаемых изображений, а также псевдоцветового кодирования изображений путем освещения и наблюдения изображения в наклонных пучках

4 Теоретически показана возможность повышения чувствительности многопроходовых интерферометров путем выбора оптимального количества проходов зондирующего излучения сквозь исследуемую неоднородность

5 Показана возможность инверсии многолучевых интерференционных картин, что позволяет наблюдать резкие картины и в отраженном свете

В третьем разделе диссертации описываются принципы работы установок и стендов, методика проведения измерений и обработки их результатов, необходимые для подтверждения достоверности экспериментальных исследований

Для получения интерференционных картин с заданными видностью, средней освещенностью поля интерференции, вариациями средней освещенности по полю и требуемой ориентации полос использовался интерферометр Майкельсона, дополнительно снабженный вращающимся диффузором, предназначенным для выравнивания интенсивности лазерного излучения по полю интерференции В качестве источника излучения использовался гелий-неоновый лазер ЛГ-38 с мощностью излучения 50 мВт на длине волны 0,63 мкм

При помощи интерферометра Майкельсона экспериментально исследована взаимосвязь параметров характеристической кривой фотоматериала, режима фоторегистрации и видности интерференционной картины с чувствительностью измерений Так как во втором разделе было показано, что чувствительность измерений и оптимальная величина экспозиции являются функциями двух независимых переменных — видности интерференционной картины и формы характеристической кривой, то и экспериментальная проверка полученных закономерностей производилась либо при варьировании параметров фотослоя при постоянной видности интерференционной картины, либо варьированием видности картины при неизменных параметрах фотослоя

При экспериментальном исследовании коэффициентов, зависящих от видности интерференционной картины, использовалась фотопленка КН-3 при стандартном режиме проявления Для того, чтобы на одной интерферограмме получить участки, соответствующие разным величинам экспозиции, перед фотопленкой был помещен оптический клин

Видность интерференционной картины менялась дискретно при помощи помещенных в одно из плеч интерферометра нейтральных светофильтров с различными коэффициентами пропускания от 0,1 до 0,97

Экспериментальное определение коэффициентов, зависящих от параметров характеристической кривой фотоматериала, производилось при одной и той же видности интерференционной картины V = 0,98, величина экспозиции также менялась по полю при помощи оптического клина Варьируемыми параметрами были время проявления фотослоев — от 1 до 9 м в проявителях, рекомендуемых для каждого фотослоя, а также сами типы фотослоев - Фото-32, Фото-65, КН-1, КН-3, МИКРАТ-200 и МИКРАТ-300 Интерферометр был настроен на полосы конечной ширины

Полученные интерферограммы были просканированы поперек полос на микроденситометре ИФО-451 По каждой интерферограмме были определены следующие параметры

- максимальная величина приращения плотности пропускания (dT / dS)max, равная чувствительности измерений Sa при линейном и нелинейном режимах регистрации,

- величина приращения плотности пропускания (dT/ dS) вблизи экстремумов полос при нелинейном и линейном режимах регистрации и сравнительная чувствительность измерений S = lim(S / Sf), где S = (dT / dS) при нелинейном режиме фоторегистрации, 5е = (dT! dS) при линейном режиме фоторегистрации

Анализ экспериментальных данных показал совпадение с теоретическими расчетами с погрешностью не более 5 %

В результате проведенных экспериментов были подтверждены и уточнены требования к интерферометру, необходимые для реализации метода нелинейной фоторегистрации, а также требования к фотоматериалу и режиму фоторегистрации, а именно

- видность картины V> 0,90,

- коэффициент контрастности фотоматериала у > 3,0,

- возможность без ущерба для стабильности интерференционной картины увеличения экспозиции примерно на порядок по сравнению с регистрацией в нелинейных условиях

Далее в третьем разделе, в пункте 3 11 рассматривается экспериментальное исследование возможностей наблюдения фотоизображений при освещении в наклонных пучках Принцип освещения рассмотрен в разделе 2, схема освещения и одна из обработанных интерферограмм помещена в этот же раздел 2 для понимания сущности метода

Более подробно опишем экспериментальную часть работы Схема была собрана на оптической скамье ОСК-2 Метод применялся для контроля формы так называемого пробного стекла диаметром 150 мм Для получения исходной интерферограммы использовался неравноплечий интерферометр, также собранный на базе ОСК-2, но источником излучения являлся маломощный лазер ЛГ-56 с мощностью излучения 1 мВт на длине волны 0,63 мкм

Предварительно интерферометр настраивали на самую плоскую поверхность, имевшуюся в распоряжении автора, а именно — эталон из комплекта интерферометра Фабри — Перо с отклонением от плоскостности Л/У< 0,012 Напомним, что, для видимого диапазона такое отклонение в линейной мере соответствует 0,006 мкм

Для фоторегистрации использовался фотослой с линейными характеристиками, а именно - КН-1, время экспозиции составляло 1/30 с, обработка выполнялась стандартным образом После прявления интерферограммы измерили предельный угол диффузного рассеивания света Он оказался равным 30° На всякий случай оптическую систему задиафрагмировали до 20°

Далее в экспериментальной части работы приведены данные по псевдоцветовому кодированию изображений Для освещения фотоснимка использовались светофильтры из стандартного набора образцов цветных оптических стекол размером 40 х 40 мм В качестве синего стекла были попытки использовать стекла СЗС-20, СЗС-21 и СЗС-22, в качестве красных стекол — марки КС-10, КС-11, КС-12 и КС-13 Каждое синее стекло использовалось в паре со всеми красными стеклами, всего было перебрано 12 вариантов

К фотоснимкам, имевшимся в распоряжении автора, лучше всего подошли комбинация светофильтров СЗС-22 и КС-11 Необходимо отметить, что интенсивность прямого, регулярного пучка на порядок превышает интенсивность пучка рассеянного С целью ослабления прямого пучка, в него дополнительно вводили один из нейтральных светофильтров марок НС-1, НС-2 или НС-3, все из того же набора оптического стекла

В работе также была рассмотрена возможность повышения информативности рентгеновских снимков микроТВЭЛов для высокотемпературного газового реактора ВТГР Стандартный микроТВЭЛ диаметром около 1 мм, как правило, состоит из следующих слоев

- ядро из двуокиси урана;

- графитовый слой, который является емкостью для газов, выделяющихся в процессе деления;

- внешний слой из пироуглерода, обеспечивающий механическую прочность.

Согласно конструкторской документации, основанной на теплотехнических расчетах, толщины слоев необходимо контролировать с точностью около 5 мкм.

Для получения первичного рентгеновского снимка использовался аппарат типа УРС-0.02М с трубкой ВСМ с фокусным расстоянием 40 мм.

На рисунке 13 приведены исходная рентгенограмма (а) и рентгенограмма, наблюдаемая при наклонном освещении (б).

Рисунок 13 - Фотографии микроТВЭлов при стандартном и диффузном освещении

На рисунке 13, а видно раздельно только две оболочки, а внешняя не видна совершенно, на втором - проявилась последняя оболочка из пироуглерода. При анализе технических рентгеновских снимков сложно говорить о каком-либо выигрыше в точности или чувствительности измерен«», но налицо явное повышение информативности рентгеновского снимка.

В четвертом разделе диссертационной работы рассматривается применение разработанных методов для измерения некоторых параметров

уникальных оптических изделий при их технологическом и аттестационном контроле и при имитации натурных испытаний

Напомним, что существует ряд задач, для решения которых чувствительность существующих методов измерений мала Применение известных методов повышения чувствительности очень часто сопряжено со значительными техническими трудностями, а иногда попросту невозможно из-за влияния мешающих факторов

К числу таких задач полунаучного-полупроизводственного характера относится, например, измерение изменений формы поверхности от одного сеанса полировки до другого, исследование влияния различных факторов (изменение температуры, лучевая нагрузка и тому подобные факторы) на стабильность формы зеркал резонаторов мощных технологических лазеров, контроль формы крупногабаритных плоских поверхностей в наклонных пучках при помощи коллимирующих объективов значительно меньшего диаметра, контроль формы и деформаций отражающих поверхностей методом муара, контроль шероховатости полированных поверхностей при помощи микроинтерферометров

Применение метода нелинейной фоторегистрации при контроле формы поверхностей медных зеркал на неравноплечем лазерном интерферометре позволило повысить чувствительность измерений на порядок, что привело к снижению погрешности измерений при обработке интерферограмм устройством для автоматического анализа интерферограмм фирмы с

величины 0,012Л до величины 0,0021, то есть в 6 раз при измерении максимальных уклонений формы поверхности от ближайшей сферы сравнения и с величины 0,00152 до величины 0,00051, или в 3 раза, при измерении среднеквадратичного уклонения формы поверхности от ближайшей сферы сравнения

Применение разработанного метода при интерференционном контроле формы плоских крупногабаритных зеркал с помощью коллимирующего

объектива меньшего диаметра в наклонных пучках при соотношении световых диаметров 8 1 позволило уменьшить погрешность измерения максимального уклонения формы поверхности от плоскости с величины 0,051 до величины 0,0151, или с 12% измеряемой величины до 4% измеряемой величины, а погрешность измерения среднеквадратичного уклонения с величины 0,0051 до величины 0,0011, или с 5 % измеряемой величины до 1 %

Чувствительность двухлучевого микроинтерферометра МИИ-4 с нелазерным источником излучения за счет нелинейной фоторегистрации была увеличена примерно в 5 раз, то есть фактически до чувствительности многолучевого микроинтерферометра МИИ-11, что открыло возможность измерения прямым методом наибольшей высоты поверхностей профиля ANmax с погрешностью 1 нм при доверительной вероятности измерений Р = 0,99 Введение в наблюдательную ветвь дополнительных разработанных автором спектральных светофильтров позволило при таких измерениях повысить пространственную когерентность источника излучения и увеличить количество полос, наблюдаемых в окуляре, до десяти

В работе показано, что метод нелинейной фоторегистрации интерферограмм может быть применен совместно с другими методами повышения чувствительности измерений, в том числе совместно с многолучевой интерферометрией в отраженном свете При этом оказалось возможным либо повысить чувствительность измерений в 5 раз, либо снизить допуск на изготовление зеркальных поверхностей с 1/100 до 1/20, то есть в пять раз, что позволяет использовать для изготовления зеркал многолучевых интерферометров относительно невысокоточные поверхности при сохранении прежней чувствительности измерений

Продемонстрирована принципиальная возможность сочетания метода нелинейной фоторегистрации интерференционных картин с одним из приборов для фотоэлектрической обработки интерферограмм - «Zygo Mark 2», при этом чувствительность и точность измерений возрастают и на этапе нелинейной фоторегистрации, и на этапе фотоэлектрической обработки интерферограммы

Показана возможность инверсии полос многолучевой интерференционной картины при помощи оптической фильтрации, что позволило получать высококонтрастные интерференционные картины не только в проходящем, но и в отраженном свете

Выводы по диссертационной работе

1 Теоретически и экспериментально обоснована возможность повышения чувствительности интерференционных измерений путем выделения экстремумов интерференционных полос при нелинейном режиме фоторегистрации Показано, что метод нелинейной фоторегистрации интерференционных картин сочетает универсальность применения, простоту, возможность его реализации на серийных, стандартных приборах

2 На основе анализа используемых в научно-технической литературе критериев точности и чувствительности интерференционных измерений выявлена ограниченность их применения, связанная с типом интерферометра, способом его настройки и способом анализа интерференционной картины

Выработан и обоснован общий критерий чувствительности оптических интерферометров, на основе которого могут быть получены ранее использовавшиеся частные критерии

3 Проанализирована взаимосвязь чувствительности измерений с контрастом и видностью интерференционной картины, величиной экспозиции, параметрами характеристической кривой фотоматериала и способом анализа самой интерферограммы Теоретически обусловлено положение о том, что принципиальным ограничением чувствительности разработанного метода является снижение видности интерференционной картины, обусловленное дифракцией света на микродефектах оптики На практике данное ограничение не позволяет повысить чувствительность измерений более чем в 20 раз по сравнению с обычной двухлучевой интерферометрией Кроме того, показано, что чувствительность измерений ограничивается вариациями средней освещенности по полю интерференции, что может быть устранено незначительными изменениями осветительной системы интерферометра

42

4 Показано, что при контроле формы прецизионных оптических изделий метод нелинейной фоторегистрации интерференционных картин дает возможность примерно на порядок повысить чувствительность измерений по сравнению с классической двухлучевой интерферометрией

Продемонстрирована возможность измерения при помощи микроинтерферометра МИИ-4 наибольшей высоты поверхностей профиля kNmax с погрешностью около 1 нм

Показана принципиальная возможность применения разработанного метода нелинейной фоторегистрации интерференционных картин с одним из наиболее распространенных методов - многолучевой интерферометрией При сохранении требуемой чувствительности измерений оказалось возможным, на выбор экспериментатора, либо снизить допуски на точность изготовления зеркальных поверхностей многолучевого интерферометра в 5 раз - с XI100 до Я/20 при сохранении чувствительности измерений Sa= 10, либо повысить чувствительность измерений Sa в пять раз — с 2 до 10 при сохранении допуска на точность изготовления поверхности X / 20

5 Показана принципиальная возможность сочетаемости метода нелинейной фоторегистрации интерферограмм с одним из наиболее известных приборов для фотоэлектрической обработки интерферограмм - «Zygo Mark 2», при этом чувствительность и точность измерений возрастают как за счет разработанного метода, так и за счет фотоэлектрической обработки интерферограммы

6 Показана возможность инверсии многолучевой интерференционной картины при помощи отфильтровывания пучка нулевого порядка, что позволило получить высококонтрастную интерференционную картину в отраженном свете и применить метод многолучевой интерферометрии для исследования лазерных зеркал

7 Экспериментально подтверждена возможность повышения чувствительности и точности интерференционных и рентгеновских измерений путем выделения контура полутонового изображения при наблюдении фотоснимков в рассеянном свете

8 Показана возможность на примере интерферограмм и рентгенограмм повышения информативности черно-белых изображений путем псевдоцветового кодирования

9 Показано, что чувствительность многолучевых интерференционных измерений пропорциональна квадрату резкости Р интерференционных полос, а не первой степени, как считалось ранее

10 Показано, что чувствительность многопроходовых интерферометров и подобных интерферометров с уменьшением «цены» интерференционной полосы максимальна, когда максимально произведение видности интерференционной картины на число проходов зондирующего излучения сквозь исследуемую поверхность

Работа выполнялась в Научно-исследовательском технологическом институте (г Подольск МО) в период 1980-1990 гг по темам «Дон», «Донец», «Хопер», «Десна» и в Сибирской государственной геодезической академии в период 1991-2006 гг по межвузовской научно-технической программе «Оптические технологии, техника и материалы (Оптотехнология)», по госбюджетной НИР «Разработка технологий, методов и средств для медицинских и биохимических исследований по ранней диагностике и лечению заболеваний на основе нетрадиционного применения фотограмметрии, оптики и электроники», в рамках которой был разработан фотоэлектрический микроспектрометр для биохимических анализов, заказанный затем амбулаторией НИИЖТа, Бердским санаторием, Юргинским машиностроительным заводом, фирмой «Оптекс», Новосибирским детским муниципальным неврологическим центром, ЗАО «Сибирский НИИ Центр медицинских технологий»

Разработанные и изготовленные опытным производством СГГА комплекты узкополосных дисперсионных светофильтров были поставлены в рамках хоздоговорной работы новосибирскому предприятию «Приборсервис» в количестве 1 200 штук

Основные работы, опубликованные по теме диссертации

1 Носков, М Ф Выделение экстремумов интерференционных полос при фотографической регистрации [Текст] // А И Кондратьев, М Ф Носков, ВФ Рахманов//Приборы и техника эксперимента -1983 -№2 -С 218—220.

2 Noskov, MF Separation of the extrema of interference bands by photographic recording / Kondratev, AI, Noskov, M F, Rakhmanov, V F // Instruments and Experimental Reviev -1983 -V 26, №2 -P 481^82

3 Носков, M Ф Нелинейная фоторегистрация двухлучевых интерференционных картин [Текст] /ИВ Скоков, М Ф Носков // Заводская лаборатория -1984.-№1 -С 32-36

4 Носков, М Ф Методы интерференционных измерений повышенной чувствительности [Текст] //ИВ Скоков, М Ф Носков // Измерения, контроль, автоматизация научно-техн сб обзоров / ЦНИИТЭИприборостроения - М , 1984 -Вып 4(52) - С 3-13

5 Noskov, MF Nonlihear photographic recording of double beam interference patterns/1 V Skokov,M F Noskov//bid Lab Reviev 1984 -№50(1) -P 42-46

6 Носков, M Ф Оптимизация режимов фоторегистрации интерференционных картин [Текст] / МФ Носков // Приборы и техника эксперимента -1985 -№5 -С 214-215

7 Noskov, MF Optimization of photographic recording of interference patterns / M F Noskov // Instruments and Experimental Reviev - 1986 - V 28, № 5 -P 1226-1228

8 Носков, M Ф Способ фотографической регистрации двухлучевых интерференционных картин [Текст] / М Ф Носков // Сб «Передовой производственно-технич. опыт», серия «Приборостроение и контроль» - М ВИМИ - 1986 -№ 1 -С 48-49

9 А с СССР № 1452307 Способ анализа снимков при радиографическом контроле изделий с большим радиографическим контрастом [Текст] / Носков МФ, Ордынцев В А, Таубин MJI - Заявка № 4280472 от 13 июля 1987 г, зарегистрировано 15 сент 1988 г

10 Носков, М Ф В кн Скоков, И В Многолучевые интерферометры в измерительной технике -М Машиностроение, 1989 —256 с Стр 8-13

11 Ас СССР № 1651096, МКИ в 01 В 11/24 Способ интерференционного измерения формы поверхности оптических деталей [Текст]/М Ф Носков, ИВ Скоков, АН Соснов, ЕЕ Трифонов (СССР)

- № 4715530/28, заявл 04 04 89, опубл. 23 05 91, Бюл // Открытия Изобретения -1991 -№19

12 Ас СССР № 1705048, МКИ В 24 В 49/00 Способ доводки поверхностей [Текст] / НК Соснова, МФ. Носков, ЕЕ Трифонов (СССР)

- № 4649162/08, заявл 13 02 89, опубл 15 07 92, Бюл / Открытия Изобретения -1992 -№ 2

13 Пат № 1705048 Российская Федерация, МПК В 24 В 49/00 Способ доводки поверхностей [Текст] / М Ф Носков, Н К Соснова, Е Е Трифонов, заявитель и патентообладатель СГГА , № 4649162/08, заявл 13 02 1989 , опубл 18 11 1993, Бюл № 2

14 Носков, МФК выбору путей программируемой обработки сложных несферических поверхностей [Текст] / М Ф Носков, Н К Соснова, А Н Соснов, ЕЕ Трифонов//Известия вузов Приборостроение —1996 -№2 -С 103—107

15 Заявка № 98118443 Российская Федерация, МПК О 01 В 11/24 Способ интерференционного измерения формы поверхности оптических деталей [Текст] / Носков МФ (РФ), заявитель СГГА , пат поверенный Тырышкина Е П., заявл 09 10 1998 г , опубл Бюл № 23 2000, с 154

16 Пат № 2166730 Российская Федерация, МПК в 01 В 11/24 Способ интерференционного измерения формы поверхности оптических деталей [Текст] / Носков М Ф , заявитель и патентообладатель СГГА - № 98118443/28, заявл 09 10 98 , опубл 10 05 2001, Бюл № 13

17 Пат № 2224982 Российская Федерация,МПК в 01 В 11/24 Способ интерференционного измерения формы поверхности оптических деталей [Текст] / Носков МФ , заявитель и патентообладатель ССГА , № 99123152, заявл 01 11 1999, опубл 27 02 2004, Бюл №6

18 Заявка № 2005136174 Российская Федерация, МГЖ G 02 В 5/30 Способ наблюдения многолучевой интерференционной картины в отраженном свете при помощи интерферометра Фабри — Перо [Текст] / Носков М Ф (РФ), заявитель СГГА, пат поверенный Тырышкина Е П , заявл 21 11 2005 Положительное решение о выдаче патента РФ № 2005136174/28 Патент на изобретение № 2302612 от 10 07 2007 г

19 Заявка № 2006102950 Российская Федерация, МПК G 02 В 5/30 Способ интерференционного измерения формы поверхности оптических деталей [Текст] / Носков МФ (РФ) , заявитель СГТА , пат поверенный Тырышкина ЕП , заявл 01 02 2006 Решение о выдаче патента на изобретение № 2006102950 от 23 01 2007 г.

20 Носков, М Ф Выделение малоконтрастных элементов на фотографических снимках [Текст] / И Н Белоус, М С Комбаров, ММ Кузнецов, М.Ф Носков // Сб матер междунар научн конгр «ГЕОСибирь 2006», 24—28 апреля 2006 г, г Новосибирск, т. 5 — Новосибирск СГГА, 2006 - С 82-85

21 Носков, М Ф. Выделение малоконтрастных элементов на фотографических снимках [Текст] / И Н Белоус, М С. Комбаров, М М Кузнецов, М Ф Носков // Сб матер междунар научн конгр «ГЕО-Сибирь 2006», 24-28 апреля 2006 г, г Новосибирск, т 6 - Новосибирск СГТА, 2006 -С 114-117

22 Носков, М Ф Двухлучевой интерферометр повышенной чувствительности для регистрации сверхмалых подвижек тектонических плит [Текст] /ММ Кузнецов, М Ф Носков // Известия вузов Горный журнал — 2007, №4,-С 58-61

23 Носков, М Ф Способ псевдоцветового кодирования черно-белых фотографических снимков [Текст] / М Ф Носков, М М Кузнецов, П П Петров // Фундаментальные исследования —2007 -№6 — С 57-58

24 Носков, МФ Способ выделения границ интерференционных полос при фотографической регистрации интерференционных картин [Текст] / М Ф Носков, П.И. Петров // Современные наукоемкие технологии — 2007 — № 7 - С 78

25 Носков, М Ф Повышение отношения сигнал/шум при создании высокочувствительных интерференционных детекторов гравитационных волн [Текст] / М Ф Носков // Фундаментальные исследования — 2007 — № 7 - С 78

Кроме того, по теме диссертации опубликованы следующие работы

1 Носков, М Ф Исследование насыщения фотоприемников для повышения точности двухлучевых интерферометров [Текст] / М Ф Носков // Сб «Оптико-механические и электронно-оптические приборы» -Новосибирск НИИГАиК, 1985 - С 66-73

2 Носков, М Ф О влиянии величины зазора между элементами мозаичных фотоприемников на их разрешающую способность [Текст] / М Ф Носков // Сб «Оптические и оптико-электронные приборы» -Новосибирск НИИГАиК, 1982 -Т 15(55) - С 150-153

3 Носков, М Ф Чувствительность оптических многоходовых интерферометров [Текст] / М Ф Носков // Сб матер Ь научно-техн конф СГГА -Новосибирск СГГА, 2001 -С 151

Введение

1 Краткий аналитический обзор современного состояния 15 методики оптической обработки изображений

1.1 Определение понятий точности и чувствительности 15 интерференционных измерений

1.2 Оптические методы повышения чувствительности 27 интерференционных измерений

1.2.1 Условная классификация методов

1.2.2 Многопроходовая интерферометрия

1.2.3 Двухдлинноволновая интерферометрия

1.2.4 Многолучевая интерферометрия

1.3 Оптические и цифровые методы обработки изображений

1.3.1 Цифровые методы обработки изображений

1.3.2 Оптические методы обработки изображений

1.4 Обоснование преимущества фотографических слоев в сравнении с другими фотоприемниками

2 Теоретические исследования методов нелинейной обработки 52 изображений

2.1 Исследование чувствительности метода нелинейной фоторегистрации интерференционных картин при настройках на полосы конечной и бесконечной ширины

2.2 Исследование чувствительности метода дифференцирования 62 интерферограмм при настройке на полосы конечной ширины

2.3 Исследование чувствительности метода псевдоцветного 68 кодирования интерферограмм

2.4 Исследование возможности выявления невидимых 75 изображений на фотоснимках методом анализа в диффузно рассеянном свете

2.5 Исследование факторов, определяющих чувствительность 78 оптической многопроходовой интерферометрии

2.6 Исследование возможности инверсии интерференционной 81 картины в многолучевых интерферометрах

2.7 Исследование возможности наблюдения циркониевого 87 защитного слоя на рентгеновских снимках микроТВЭЛов

3 Экспериментальное исследование возможностей методов 92 нелинейной обработки изображений

3.1 Особенности техники эксперимента при фоторегистрации 92 интерференционных картин в нелинейном режиме

3.1.1 Обоснование интерференционной системы

3.1.2 Методика аппроксимации характеристических кривых

3.1.3 Выбор фотоматериалов для экспериментальных исследований метода нелинейной фоторегистрации 96 интерференционных картин

3.1.4 Экспериментальное исследование взаимосвязи параметров интерференционной картины, характеристической кривой фотоматериала, режима фоторегистрации и чувствительностью 97 измерений

3.2 Экспериментальное исследование возможностей наблюдения 108 фотоизображений при освещении наклонными пучками (выделение контуров полос на интерферограммах)

4 Практическое применение методов нелинейной обработки 110 изображений

4.1 Применение методов нелинейной фоторегистрации для 110 модернизации интерферометра для контроля астрооптики

4.1.1 Общие положения

4.1.2 Исследование формы металлооптического зеркала для 117 лазерного резонатора

4.1.3 Контроль формы вогнутого медного зеркала

4.1.4 Исследование формы крупногабаритной плоской 128 поверхности

4.1.5 Исследование формы выпуклой поверхности методом 130 муаровой интерферометрии

4.2 Повышение чувствительности микроинтерферометрии путем 142 применения нелинейной фоторегистрации

4.3 Нелинейная фоторегистрация многолучевых 143 интерференционных картин

Актуальность проблемы

К приоритетным направлениям развития науки, технологий и техники Российской Федерации относятся, в том числе, производственные технологии, в число которых входят оптические технологии. Например, раздел «Оптоэлектроника» входит в «Перечень критических технологий Российской Федерации». А в программе «Основные направления фундаментальных исследований в России» в подраздел 1.3 - «Оптика и лазерная физика» входит пункт 1.3.7 - «.Прецизионные оптические измерения».

Оптическая обработка изображений необходима для решения целого ряда задач:

- обработки фотографий интерференционных картин при исследовании параметров разреженных потоков в аэродинамических трубах [1-5], исследовании волновых аберраций прецизионных оптических элементов и систем [6-10], исследовании шероховатости сверхгладких поверхностей зеркал для мощных лазеров;

- выявлении малоконтрастных деталей изображений на рентгеновских снимках технических объектов, например, на рентгеновских снимках, так называемых, тепловыделяющих элементов, а также на астрономических снимках.

При помощи наиболее распространенной двухлучевой интерферометрии и визуальной оценки величины сдвига интерференционных полос можно производить измерения с погрешностью АУ20 - У 50, где X - длина волны используемого излучения. Для источников видимого диапазона погрешность измерений составляет около 10 нанометров, что вполне достаточно для большинства случаев.

Существует целый ряд задач, для решения которых чувствительность интерференционных измерений должна быть повышена при помощи простых средств на один или два порядка. К таким задачам, в частности, относится исследование обтекания тел на баллистических трассах малой плотности, то есть имитация полета искусственного спутника Земли в верхних слоях атмосферы, исследование формы зеркал уникальных телескопов, например, применяемых для коллимации излучения мощных лазеров, измерение интерференционными методами формы шероховатости полированных сверхгладких поверхностей с Яа менее 1 нанометра.

К настоящему времени разработано множество методов повышения чувствительности интерференционных измерений, но большинство из них имеют очень узкие рамки применения. Например, многолучевая интерферометрия [3-5] может быть применена только при исследовании поверхностей с коэффициентом отражения, близким к единице. Методы, основанные на многократном прохождении зондирующего излучения сквозь исследуемую среду, в большей степени подвержены влиянию вибраций и воздушных потоков, а также могут быть реализованы только в простейших схемах интерферометров (Майкельсона, Тваймана-Грина, Физо). Голографическим методам повышения точности и чувствительности измерений сопутствуют все ограничения голографии по вибрациям.

Отдельно следует отметить, что предлагаемые в данной работе методы оптической обработки изображений путем анализа фотослоя ни в коем случае не противопоставляются методам фотоэлектрической обработки изображений, а дополняют эти методы. Иными словами, оптические методы должны улучшать картину до такой степени, чтобы ее фотоэлектрическая обработка максимально упростилась.

Развитие и широкое применение автоматизированных сканирующих систем для интерферометрии, рентгеновской техники, тепловидения и других отраслей изменили представление о роли фотографических материалов в физических экспериментах и измерениях.

Фотоматериалы принято рассматривать как оптическое запоминающее устройство, способное не только накапливать, но и преобразовывать анализируемую информацию, в частности, преобразовывать рентгеновский, ультрафиолетовый и инфракрасный диапазоны в видимый, для обработки которого создано значительно большее число матриц и оптических устройств.

Разрешающая способность по полю фотослоев до сих пор на порядок превосходит разрешающую способность фотоприемных матриц. Например, при использовании в качестве фоторегистратора фотослоев типа МИКРАТ на 1 мм помещается 0,09 МПк, а на стандартном кадре размером 24x36 мм - уже 77,7 МПк.

Кроме того, в случае необходимости размер снимка может быть увеличен до 300x400 мм, и тогда на нем будет записано 10800 МПк.

Диссертанту неизвестны промышленно изготовляемые и доступные широкому кругу исследователей матрицы с аналогичными характеристиками.

В процессе выполнения данной работы автору пришлось ответить на следующие вопросы или конкретизировать их:

- всегда ли интерференционная картина может быть зарегистрирована в нелинейном режиме, и в каких случаях такая регистрация приводит к повышению точности и чувствительности измерений, а в каких - в лучшем случае бесполезна, а иногда даже вредна; что следует понимать под термином «высококонтрастная интерференционная картина»;

- от каких параметров интерферометра и лазера зависит коэффициент повышения точности и чувствительности измерений;

- как известные критерии чувствительности измерений связаны между собой в различных интерференционных методах;

- каким образом можно теоретически определить чувствительность и точность интерференционных измерений при нелинейной фоторегистрации;

- в каких областях интерференционных измерений целесообразнее всего использовать нелинейную фоторегистрацию;

- в каких областях интерференционных измерений целесообразно использовать метод дифференцирования (оконтуривания) интерференционных полос;

- фотоматериалы с какими характеристиками наиболее эффективны для применения метода дифференцирования интерференционных полос;

- в каких областях интерференционных и рентгеновских измерений наиболее эффективно использовать метод псевдоцветового кодирования измерений;

- какие характеристики псевдоцветной картины позволяют говорить о повышении чувствительности измерений по сравнению с исходной картиной.

Исходя из вышеперечисленного, были сформулированы цели настоящей работы.

Цель работы. Целью настоящей работы является:

- теоретическое и экспериментальное доказательство возможности повышения чувствительности интерференционных измерений путем обострения экстремумов полос за счет использования нелинейности характеристической кривой используемого при фоторегистрации фотоматериала;

- теоретическое и экспериментальное доказательство возможности повышения точности и чувствительности интерференционных измерений и повышения информативности рентгеновских изображений за счет псевдоцветового кодирования интерференционной картины при их освещении взаимно дополнительными цветами в прямом и рассеянном свете;

- теоретическое и экспериментальное доказательство возможности повышения точности и чувствительности интерференционных измерений за счет псевдоцветового кодирования интерференционной картины;

- разработка рекомендаций по регулированию чувствительности измерений путем выбора типа фотоматериала и режима его обработки; разработка методики проведения измерений повышенной чувствительности на стандартных двухлучевых интерферометрах и апробация разработанного метода при исследовании некоторых параметров оптических элементов; теоретическое обоснование превосходства абсорбционных светофильтров перед интерференционными при использовании протяженных источников света.

Достижение поставленных целей сопровождалось решением следующих задач:

- уточнение терминов «чувствительность» и «точность» интерференционных измерений применительно ко всем высокоточным методам интерференционных измерений, а также их взаимосвязи с параметрами интерференционной картины; анализ взаимосвязи между параметрами интерференционной картины, ее зарегистрированного образа - интерферограммы и характеристической кривой фотоматериала при нелинейном режиме фоторегистрации;

- анализ взаимосвязи между распределением интенсивности света в исходной интерференционной картине, ее интерферограмме и распределением интенсивности света при освещении интерферограммы монохроматическими наклонными пучками;

- теоретическое обоснование и экспериментальное исследование факторов, влияющих на чувствительность измерений и анализ распределения интенсивности цвета и его колориметрического состава при освещении интерферограммы двумя или более дополнительными цветами; разработка методики нелинейной фоторегистрации интерференционных картин, включающей в себя выбор фотоматериала и определение наиболее целесообразных для данных условий режимов нелинейной регистрации;

- разработка методики анализа интерферограмм в диффузном освещении монохроматическим светом, включающей в себя выбор материала по зернистости фотослоя, величины вуали и определении оптимального угла освещения интерферограмм;

- разработка методики псевдоцветового кодирования интерферограмм при освещении их по нормали и наклонным пучками дополнительных цветов.

Научная новизна исследований заключается в следующем:

1) теоретически и экспериментально обоснована возможность повышения чувствительности интерференционных измерений путем выделения экстремумов полос за счет нелинейного режима фоторегистрации;

2) теоретическими и экспериментальными исследованиями установлена взаимосвязь чувствительности интерференционных измерений с распределением интенсивности в полосах регистрируемой интерференционной картины, параметрами характеристической кривой фотоматериала и положением рабочей точки относительно характеристической кривой при нелинейном режиме фоторегистрации;

3) экспериментально подтверждена эффективность метода нелинейной фоторегистрации, обеспечивающего повышение чувствительности измерений более чем на порядок, то есть уменьшение погрешности измерений до величины Х/300;

4) теоретически и экспериментально обоснована возможность повышения чувствительности интерференционных измерений путем дифференцирования контуров полос;

5) теоретически и экспериментально обоснована возможность повышения чувствительности интерференционных измерений путем одновременного освещения интерферограммы двумя дополнительными цветами;

6) теоретически и экспериментально обоснована возможность повышения информативности многолучевых интерференционных картин за счет отфильтровывания составляющей нулевого порядка;

7) теоретически обосновано преимущество абсорбционных стеклянных светофильтров перед интерференционными при углах падения света на светофильтр более 10 градусов.

Практическая значимость работы заключается в том, что разработанные методики оптического анализа изображений и выработанные рекомендации по оптимальному применению методов позволяют повысить точность и чувствительность уже действующих, промышленно выпускаемых двух- и многолучевых интерферометров, рентгеновских аппаратов, фотометров, колориметров и микроколориметров без внесения значительных конструктивных изменений в оптические схемы приборов. Чувствительность серийно выпускаемых интерферометров может быть повышена примерно на порядок.

Разработанные методики позволяют контролировать форму зеркал лазерных резонаторов и трактов передачи излучения под нагрузкой. Методика псевдоцветового кодирования изображений позволяет повысить информативность снимков, полученных на уже существующих аппаратах. Методика выбора оптимального числа проходов зондирующего излучения сквозь исследуемую среду позволяет повысить чувствительность уже существующих спектрофотометров, фотометров и колориметров.

На защиту выносятся следующие основные научные положения:

1) критерий сравнительной чувствительности интерференционных измерений 8, определенный как предел отношения чувствительностей предлагаемых методов и базового метода, за который взята двухлучевая интерферометрия с видностью картины У=1 по всему полю интерференции;

2) способ повышения чувствительности интерференционных измерений путем выделения экстремумов полос на стадии фоторегистрации, основанный на использовании фотоматериалов с резко выраженной нелинейностью характеристической кривой;

3) аналитические зависимости, устанавливающие однозначную взаимосвязь между видностью интерференционной картины, параметрами характеристической кривой фотоматериала и сравнительной чувствительностью измерений;

4) способ повышения чувствительности интерференционных измерений путем дифференцирования интерференционных полос и их псевдоцветового кодирования;

5) способ повышения информативности черно-белых изображений путем их псевдоцветового кодирования;

6) способ инвертирования многолучевой интерференционной картины за счет отфильтровывания нулевого порядка.

Публикации и апробация работы. По теме диссертации опубликовано 40 работ. Из них 18 работ опубликовано в изданиях, определенных ВАК Минобрнауки РФ для соискателей ученой степени доктора наук, в том числе 9 изобретений, заявок на изобретения и патентов РФ, кроме того, 3 статьи опубликованы в США.

Основные результаты работы докладывались и обсуждались на Всесоюзном семинаре «Физические методы исследования прозрачных неоднородностей» в 1983-1984 гг. в Москве; на конференциях-конкурсах НИР Подольского научно-исследовательского и технологического института в 1985-1987 гг.; на конференции-конкурсе Объединенной Экспедиции в Семипалатинске в 1985 г.; на 50 и 51 научно-технических конференциях преподавателей СГГА в 2000-2001 гг.; на международном научном конгрессе «Гео-Сибирь 2006» и «Гео-Сибирь 2007».

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех разделов, заключения, списка использованных источников и приложений. Она изложена на 179 страницах, содержит 34 рисунка, 2 таблицы, 2 приложения. Список использованных источников состоит из 88 наименований.

Выводы по разделу 4

1. Показано, что при решении ряда задач контроля формы прецизионных оптических изделий метод нелинейной фоторегистрации интерференционных картин дает возможность, по сравнению с известными методами, существенно (примерно в 10 раз) повысить чувствительность и, следовательно, уменьшить погрешность измерения максимального уклонения АКтах измерений, а именно:

- погрешность измерения формы вогнутого медного зеркала была снижена с величины 0,012Х до величины 0,002А,, то есть - в 6 раз; погрешность измерения формы крупногабаритной плоской поверхности при контроле в наклонных пучках методом муара была снижена с 0,05А, до 0,015А,, то есть - более чем в 3 раза;

- погрешность измерения формы выпуклой поверхности зеркала неустойчивого лазерного резонатора методом муара была снижена с величины 0,02Х до 0,004Х, то есть - в 5 раз.

2. Чувствительность двухлучевого микроинтерферометра с нелазерным источником излучения за счет применения нелинейной фоторегистрации была увеличена в 5 раз, что позволило измерять наибольшую высоту поверхностей профиля ДМтах с погрешностью 1 нанометр при доверительной вероятности измерений Р=0,99.

Введение в наблюдательную ветвь дополнительных разработанных автором спектральных светофильтров позволило при таких измерениях повысить пространственную когерентность источника излучения и увеличить количество полос, наблюдаемых в окуляре.

3. Показана принципиальная возможность применения разработанного метода нелинейной фоторегистрации интерференционных картин совместно с другим методом повышения чувствительности и точности измерений - а именно, с многолучевой интерферометрией. При сохранения прежней точности оказалось возможным, на выбор экспериментатора, либо снизить допуски на качество изготовления зеркальных поверхностей многолучевого интерферометра с А/100 до А/20 при сохранении чувствительности измерений Sa=10, либо повысить чувствительность измерений Sa в пять раз - с 2 до 10 при сохранении допуска на точность изготовления поверхности А/20.

4. Показана принципиальная возможность сочетания метода нелинейной фоторегистрации интерферограмм с одним из приборов для фотоэлектрической обработки интерференционных картин и интерферограмм - Zygo Mark 2, при этом чувствительность и точность измерений возрастают как за счет разработанного метода, так и за счет фотоэлектрической обработки интерферограммы.

5. Показана возможность при помощи оптической фильтрации инверсии многолучевой интерференционной картины, что позволило получать высококонтрастные интерференционные картины как в проходящем, так и в отраженном свете.

6. Экспериментально подтверждена возможность повышения точности и чувствительности измерений путем выделения контура интерференционных полос за счет наблюдения интерферограмм в рассеянном свете.

7. Экспериментально на примере интерферограммы и рентгенограммы подтверждена возможность повышения информативности черно-белых фотоснимков за счет псевдоцветового кодирования.

Заключение

На основании результатов выполненных научных исследований в работе решены следующие задачи.

1. Теоретически и экспериментально обоснована возможность повышения чувствительности интерференционных измерений примерно на порядок путем выделения экстремумов интерференционных полос при существенно нелинейном режиме фоторегистрации. Показано, что метод нелинейной фоторегистрации сочетает универсальность применения, простоту и возможность реализации на серийных приборах.

2. На основе анализа используемых в научно-технической литературе критериев чувствительности интерференционных измерений выявлена ограниченность их применения, связанная со способом получения интерференционной картины, способом настройки интерферометра и способом анализа интерференционной картины.

3. Предложен и обоснован обобщенный критерий чувствительности интерференционных измерений, на основе которого получены ранее использовавшиеся частные критерии.

4. Проанализирована взаимосвязь чувствительности измерений с контрастом и видностью интерференционной картины, величиной экспозиции, параметрами характеристической кривой фотоматериала и способом анализа самой интерферограммы. Теоретически обосновано положение о том, что принципиальным ограничением чувствительности разработанного метода является дифракция света на микродефектах оптики, не позволяющая повысить видность интерференционной картины до единицы.

5. Продемонстрирована возможность при помощи микроинтерферометра МИИ-4 измерять шероховатость полированных сверхгладких поверхностей и высоту ступенек на отражательной голографической решетке (элементе зеркала лазерного резонатора) с погрешностью около 1 нанометра.

6. Показана принципиальная возможность применения метода нелинейной фоторегистрации с методом многолучевой интерферометрии. При сохранении чувствительности измерений оказалось возможным, на выбор исследователя, либо снизить допуски на точность изготовления зеркальных поверхностей многолучевого интерферометра в 5 раз с А/100 до Х/20 при сохранении относительной чувствительности (по отношению к двухлучевой интерферометрии) измерений Sa=10, либо, при сохранении допусков на точность изготовления поверхности А/20, повысить чувствительность измерений Sa в пять раз - с величины 2 до 10.

7. Показана принципиальная возможность сочетаемости метода нелинейной фоторегистрации интерферограмм с одним из наиболее известных приборов для фотоэлектрической обработки интерферограмм -Zygo Mark 2, при этом чувствительность и точность измерений возрастают за счет суперпозиции обоих методов.

8. Показана возможность инверсии многолучевой интерференционной картины без нанесения на исследуемое зеркало асимметричного диэлектрического покрытия, что позволило, например, исследовать в отраженном свете реальные зеркала мощных лазеров.

9. Экспериментально подтверждена возможность повышения информативности интерференционных и рентгеновских измерений путем наблюдения фотоснимков в рассеянном свете.

10. На примере интерферограмм и рентгенограмм показана возможность повышения информативности путем псевдоцветового кодирования фотоснимков.

11. Показано, что чувствительность многолучевых интерферометров пропорциональна не первой степени резкости полос Б, а квадрату резкости, то есть Б2

12. Показано, что чувствительность многопроходовых интерферометров максимальна в том случае, когда максимально произведение видности интерференционной картины V на число проходов п.

Список основных научных работ Носкова М.Ф., опубликованных по теме диссертации

1*. Носков, М.Ф. Выделение экстремумов интерференционных полос при фотографической регистрации [Текст]//А.И. Кондратьев, М.Ф. Носков, В.Ф. Рахманов./Приборы и техника эксперимента.-1983.-№ 2.-С.218-220.

2*. Noskov, MF. Separation of the extrema of interference bands by photographic recording /Kondratev, A.I., Noskov, M.F., Rakhmanov, V.F. -//Instruments and Experimental Reviev. - 1983.-V. 26, № 2. - P. 481 -482.

3*. Носков, М.Ф. Нелинейная фоторегистрация двухлучевых интерференционных картин [Текст]/И.В. Скоков, М.Ф.Носков //Заводская лаборатория.-1984.-№ 1.-С.32-36.

4*. Носков, М.Ф. Методы интерференционных измерений повышенной чувствительности [Текст]//И.В.Скоков, М.Ф.Носков./ Измерения, контроль, автоматизация: Научно-техн. сб. обзоров/ЦНИИТЭИприборостроения. М., -1984.- Вып.4(52).-С.3-13.

5*. Noskov, MF. Nonlihear photographic recording of double beam interference patterns /1. V. Skokov, M. F. Noskov.// Ind. Lab. Reviev. 1984. - № 50(1).- p 42 -46.

6*. Носков, М.Ф. Оптимизация режимов фоторегистрации интерференционных картин [Текст]/М.Ф. Носков.//Приборы и техника эксперимента,-1985 .-№ 5 .-С.214-215.

7*. Noskov, MF. Optimization of photographic recording of interference patterns M F Noskov Instruments and Experimental Reviev. - 1986.-V. 28, № 5.-P. 1226- 1228.

8*. Носков, М.Ф. Способ фотографической регистрации двухлучевых интерференционных картин [Текст]/М.Ф.Носков.//Сб. "Передовой производственно-технич. опыт", серия "Приборостроение и контроль". М., ВИМИ.-1986.-№ 1.-С.48-49.

9*. A.c. СССР № 1452307. Способ анализа снимков при радиографическом контроле изделий с большим радиографическим контрастом. Носков М.Ф., Ордынцев В.А., Таубин M.JI. Заявка № 4280472 от 13 июля 1987 г., зарегистрировано 15 сент. 1988 г.

10*. Носков, М.Ф. В кн.: Скоков, И.В. Многолучевые интерферометры в измерительной технике. - М.: Машиностроение, 1989. - 256 с.

Стр. 8-13.

11*. A.c. СССР № 1651096, G 01 В 11/24. Способ интерференционного измерения формы поверхности оптических деталей [Текст]/Носков, М.Ф., Скоков, И.В., Соснов, А.Н., Трифонов, Е.Е.- Опубл. Бю л .//Открытия. Изобретения.-1991.-№ 19.

12*. A.c. СССР № 1705048, В 24 В 49/00. Способ доводки поверхностей [Текст]/Соснова, Н.К., Носков, М.Ф., Трифонов Е.Е.- Опубл. Бюл./Юткрытия. Изобретения.-1992.-№ 2.

13*. Пат. РФ № 1705048, В 24 В 49/00. Способ доводки поверхностей. [Текст]/ Носков,М.Ф., Соснова,Н.К., Трифонов Е.Е. Патентообладатель СГГА. Заявл. 13.02.1989. Опубл. 18. 11. 1993.

14*. Носков, М.Ф. К выбору путей программируемой обработки сложных несферических поверхностей [Текст]/М.Ф.Носков, Н.К.Соснова, А.Н.Соснов, Е.Е.Трифонов//Известия ВУЗов, Приборостроения.-1996.-№ 2.-С. 103-107.

15*. Пат. РФ № 2166730, G 01 В 11/24. Способ интерференционного измерения формы поверхности оптических деталей [Текст]/Носков М.Ф. Патентообладатель СГГА. Заявл. 09.10.98., опубл. 10.05.2001, Бюл.№ 13.

16*. Пат. РФ № 2224982, G 01 В 11/24. Способ интерференционного измерения формы поверхности оптических деталей [Текст]/Носков М.Ф. Патентообладатель ССГА. Заявл. 01.11.1999. Опубл. 27.02. 2004. Бюл. № 6.

17*. Заявка 2005136174 Российская Федерация, МКИ G 02 В 5/30. Способ наблюдения многолучевой интерференционной картины в отраженном свете при помощи интерферометра Фабри-Перо [Текст]/Носков М.Ф.(РФ); заявитель СГГА; пат. поверенный Тырышкина Е.П. Заявл. 21.11.2005. Патент на изобретение 2302612 от 10 июля 2007 г.

18*. Заявка 2006102950 Российская Федерация, МКИ G 02 В 5/30.Способ интерференционного измерения формы поверхности оптических деталей [Текст]/Носков М.Ф. (РФ); заявитель СГГА;пат. поверенный Тырышкина Е.П. Заявл. 01.02.2006.

19*. Носков, М.Ф.Выделение малоконтрастных элементов на фотографических снимках. Белоус, И.Н., Комбаров, М.С., Кузнецов, М.М., Носков, М.Ф. //"Тез. докл. Межд. научного конгресса ГЕС)-Сибирь-2006".-Новосибирск: СГГА, 2006, том 5, с. 82-85.

20*. Носков, М.Ф. Выделение малоконтрастных элементов на фотографических снимках. Белоус, И.Н., Комбаров, М.С., Кузнецов, М.М., Носков, М.Ф.//"Тез. докл. Межд. научного конгресса ГЕС)-Сибирь-2006".-Новосибирск: СГГА, 2006, том 6, с. 114-117.

21*. Носков, М.Ф. Двухлучевой интерферометр повышенной чувствительности для регистрации сверхмалых подвижек тектонических плит. М.М. Кузнецов, М.Ф. Носков //Горный журнал (Известия ВУЗов), 2007, №4.-С. 58-61.

22*. Носков, М.Ф. Способ псевдоцветового кодирования черно-белых фотографических снимков. Носков М.Ф., Кузнецов М.М., Петров П.И. //Фундаментальные исследования, 2007 г., № 6, с. 57-58.

23*. Носков, М.Ф. Способ выделения границ интерференционных полос при фотографической регистрации интерференционных картин. М.Ф.Носков, П.И. Петров //Современные наукоемкие технологии , 2007 г. № 7,с.78. .

24*. Носков, М.Ф. Повышение отношения сигнал / шум при создании высокочувствительных детекторов интерференционных волн. М.Ф.Носков.//Фундаментальные исследования, 2007г. № 6, с.57-58.

Кроме того, по теме диссертации опубликованы следующие работы (по мнению диссертанта, доступные не всем читателям)

1**. Носков, М.Ф. Исследование насыщения фотоприемников для повышения точности двухлучевых интерферометров [Текст] /М.Ф.Носков.// Сборник "Оптико-механические и электронно- оптические приборы".-Новосибирск, НИИГАиК, 1985.-С.66-73.

2**. Носков, М.Ф. О влиянии величины зазора между элементами мозаичных фотоприемников на их разрешающую способность [Текст]/М.Ф.Носков//Сборник "Оптические и оптико-электронные приборы".- Новосибирск, НИИГАиК, 1982.-том15(55).-С.150-153.

3**. Носков, М.Ф. Чувствительность оптических многоходовых интерферометров. М.Ф. Носков.// "Тез. Докл. L научно-техн. конф. СГГА".-Новосибирск: СГГА,2001.-С.151.

4**. Носков, М.Ф. Неравноплечий лазерный интерферометр: разработка и опыт эксплуатации [Текст]/М.Ф.Носков и др. Предприятие п/я А-1857, 1980, н/б 5051, 53 с.

5**. Носков, М.Ф. Разработка и экспериментальное исследование метода измерения деформаций отражающих поверхностей [Текст]/М.Ф.Носков и др. Предприятие п/я А-1857, 1981, н/б 5079, 27с.

6**. Носков,М.Ф. Разработка и экспериментальное исследование методов и средств измерения деформаций и рельефа отражающих поверхностей [Текст]/А.Б.Зензинов, А.В.Москалева, М.Ф.Носков, Н.В.Угнивенко, А.А.Щетников.// Сб. "Материалы конф.-конкурса НИР и ОКР ПНИТИ", сер. 2, вып. 1,- Подольск МО.- 1982.-С.144-150.

7**. Носков,М.Ф. Измерительный комплекс для контроля крупногабаритной оптики [Текст]/ А.Б.Зензинов, М.Ф.Носков, А.А.Щетников АЛЛ Сб. "Материалы конф.-конкурса НИР и ОКР ПНИТИ", сер. 2, вып. 3.- Подольск МО.- С. 226-230.

8**. Носков, М.Ф. Интерферометрия повышенной чувствительности с нелинейной фоторегистрацией [Текст]/М.Ф.Носков и др. Предприятие п/я А-1857, 1981, н/б 5364, 43 с.

9**. Носков, М.Ф. Отчет по спецтеме.[Текст]/М.Ф.Носков и др. Предприятие п/я А-1857, 1982, № 17896.

10**. Носков, М.Ф. Интерференционные методы повышенной чувствительности [Текст]/М.Ф.Носков и др. Предприятие п/я А-1857, 1983, н/б 5736, 32 с.

11**. Носков, М.Ф. Оптимизация режимов фоторегистрации интерференционных картин [Текст]/М.Ф.Носков. деп. в ЦНИИАтоминформ, 1984, рег.№ 966.

12**. Носков, М.Ф. Отчет по теме "Зодиак".[Текст]/Носков М.Ф. и др. Предприятие п/я А-1857, 1986, н/б 6538.

13**. Носков, М.Ф. Исследование оптического тракта системы "Комби" [Текст]/Носков М.Ф. и др. Предприятие п/я А-1857, 1987, н/б 6825, 16 с.

14**. Носков, М.Ф. Перемещение поверхности материалов при локальном тепловом воздействии [Текст]/Носков М.Ф. и др. Предприятие п/я А-1857, 1987, н/б 6879, 69 с.

15**. Носков, М.Ф. Оптическая обработка рентгеновских снимков. Экспериментальные исследования [Текст]/Носков М.Ф. Предприятие п/я А-1857, 1987, н/б 6931, 14 с.

16**. Носков, М.Ф. Разработка техпроцессов изготовления оптических деталей и методики контроля допусков формы и расположения поверхностей корпусных деталей [Текст]/Носков М.Ф., Соснов А.Н., Трифонов Е.Е. Отчет о НИР. № ГР 0188.0035817. Новосибирск, СГГА, 1988. Инв. № 0289.0050400, 11 с.

17**. Носков, М.Ф. Разработка технологий, методов и средств для медицинских и биохимических исследований [Текст]/Носков М.Ф., Лесных И.В. Новосибирск, СГГА, 1993. Отчет о НИР № ГР 0193.0001344.Инв. № 029.40003183.

Примечание — звездочкой отмечены основные работы по теме диссертации, двумя звездочками - дополнительные работы

1. Вест Ч. Голографическая интерферометрия. : пер. с англ. М.: Мир, 1982-504 с.

2. Островский Ю.И., Бутусов М.М., Островская Г.В. Голографическая интерферометрия. М.: Наука, 1977. 339 с.

3. Скоков И.В. Многолучевые интерферометры. М. Машиностроение, 1969.-247 с.

4. Скоков И.В. Многолучевые интерферометры в измерительной технике. М.: Машиностроение, 1989. - 1989. - 256 е.: ил.

5. Скоков, И.В. Оптические спектральные приборы: Учеб. Пособие для вузов. М.¡Машиностроение, 1984. - 240 е., ил.

6. Кейсесент Д. Оптическая обработка информации.: пер. с англ. М.: Мир, 1980.-349 с.

7. Оптический производственный контроль. Под ред. Д. Малакары. Пер с англ. Под ред. Соснова А.Н. М. Машиностроение, 1985. - 400 с.

8. Коломийцов Ю.В. Интерферометры. Основы инженерной теории, применение. JI. Машиностроение. -1976. 296 с.

9. Гуревич С.М., В.Б. Константинов, В.К. Соколов, Д.Ф. Черных. Передача и обработка информации голографическими методами. М. Сов. Радио, 1978,- 304 е., ил.

10. Оптическая обработка изображений. Сборник научных статей. Под ред. Гуревич С.Б. Лен., Изд-во Наука, Ленингр. Отд. 1985. 137 с.

11. Гост 16263 Метрология, термины и определения. - М., Издательство стандартов, 1978.

12. Скоков И.В. к вопросу о чувствительности многолучевого интерферометра. Заводская лаборатория, 1967, № 5, с. 580 - 582.

13. Трофимова H.H. Интерферометры повышенной чувствительности. -Труды метрологических институтов СССР, 1968, т. 101, с.86.

14. Бараш В.Я., Эйдинов A.B. Исследование элементов интерферометров повышенной чувствительности. Труды метрологических институтов СССР, 1977, № 218, с.74.

15. Оптический производственный контроль/Под ред. Малакара Д.М., 1985, 400 е., ил.

16. Ляликов, A.M. Многоэкспозиционная голографическая интерферометрия с использованием вращения регистрирующей среды для исследования быстропротекающих процессов Оптика и спектроскопия, 2005, т. 100, №3, с. 511-515.

17. Ануфрик С.С., Зейликович И.С., Кукушкин В.Г., Пулькин С.А.Увеличение чувствительности измерений при обработке внутрирезонаторных спектрограмм. Оптика и спектроскопия, 1984, т.56, № 1, с. 123-127.

18. Белозеров А.Ф., Березкин А.Н., Мустафина JI.T., Разумовская А.И. Об использовании многопроходового голографического интерферометра для визуализации газовых потоков низкой плотности. Письма в ЖТФ, 1978, т.4., № 9, с. 522-525.

19. Белозеров А.Ф., Березкин А.Н., Мустафина JI.T. , Разумовская А.И. Голографическая интерферометрия в исследованиях газовых потоков низкой плотности. Тезисы докладов 3 Всесоюзной конференции по голографии. JL: с. 167-168.

20. Dameron D., Vest С. M. Fringe sharpening and propagation effects in nonlinear two exposure holography. Journal Optical Society Americe , 1976, 66. - № 12. C. 1418-1421.

21. Власов Н.Г., Галкин С.Г., Семенов Э.Г. Способ интерференционных измерений. A.C. 784460, заявл. 02.07.79., опубл. БИ, 1982,№ 3, с.277. М. Кл.1. G 01В 9/05.

22. Власов Н.Г., Галкин С.Г. Повышение чувствительности в голографической интерферометрии диффузно-отражающих объектов. -ЖТФ, 1983, т.53, № 7, с. 1380-1381.

23. Зейликович И.С., Пулькин С.А., Ануфрин С.С., Кукушкин В.Г. Увеличение чувствительности измерений при обработке внутрирезонаторных спектрограмм. Оптика и спектроскопия, 1984, т.56, № 1, с.123-127.

24. Зейликович И.С., Пулькин С.А. Апостериорная интерференционная спектроскопия большой чувствительности. Оптика и спектроскопия, 1982, т. 53, №4, с.588-589.

25. Гусев В.Г.// Оптический журнал. 1997. Т.64. № 11. С. 48 -52.

26. Ляликов,А.М. Повышение чувствительности определения деформации волнового фронта при оптической обработке голографических интерферограмм бокового сдвига. Оптика и спектроскопия, 2005, том 99, №1, с. 151-155.

27. Ляликов,А.М.Расширение диапазона регулирования чувствительности измерений в голографической интерферометрии бокового сдвига //Оптика и спектроскопия, 2002 Т.93 №. 3. С. 512-516.

28. Коломийцов Ю.В. Контрастность картины в двухлучевых интерферометрах при неравенстве интенсивности пучков лучей и при наличии рассеянного света. ОМП, 1961, № 11, с. 27-29.

29. Wada Hisashi, Hirabayshi Tsugio. Сэймицу кикай, 1977, V. 43, № 10, p. 1155- 1160.

30. Мустафин К.С., Селезнев В.А. Голографическая интерферометрия с изменяемой чувствительностью. Оптика и спектроскопия, 1972, т.32, вып.5, с. 993.

31. Matsuda К., Freund Н., Hariharan P. Phase-difference amplification using long-tudinlly reversed sheating interferometri an experimental studi.-Applied Optics , 1981, 20, № 16, p. 2763-2765.

32. Мустафин К.С. Использование нелинейных эффектов в голографической интерферометрии. Материалы 2 Всесоюзной школы по голографии. JL, 1971, с. 159.

33. Применение голографической интерферометрии и лазерной техники для контроля качества промышленных изделий. Руководящие технические материалы. Под ред. М.М. Бутусова. Горький, Горьковский филиал ВНИИНМАШ, 1975, 136 е., ил.

34. Tori Y., Hatsuzo T., Shinya N. Interpolation of contour intervals in moiré topographi by phase modulation. Optics Communication, 1982, V. 42„ № 6 p. 339 -402.

35. Matsumoto K. Analises of Holografic Multiple beam Interferometri. -Journal Optical Society Americe, 1971, V. 61, № 2, p. 176 181.

36. Bringdal О Multiple beam Interferometry by wavefront Reconstruction. Journal Optical Society Americe, 1969, V. 52, № 9, p. 1171-1175.

37. Мустафин K.C., Селезнев B.A., Штырков Е.И. Использование нелинейных свойств фотоэмульсии для повышения чувствительности голографической интерферометрии. Оптика и спектроскопия, 1970, т. 28, № 6, с.1186-1189.

38. ГОСТ 24865.1-81. Голография и голографические методы контроля качества. Термины и определения. М.: Изд-во стандартов, 1982. 40 с.

39. Зайдель А.Н., Островская Г.В., Островский Ю.И. Голографическая диагностика плазмы. ЖТФ, 1968, т.38, № 9, с. 1405-1419.

40. Козин Г.И., Кузнецов А.П. //Квантовая электроника. -1998. Вып. 25. № 12. С. 1079.

41. ИгнатовА.Б., Комисарова И.И., Островская Г.В., Шапиро Л.Л. Двухдлинноволновая одноэкспозиционная голографическаяинтерферометрия плазмы. ЖТФ, 1971, т.41, № 2, с.417-423.43

42. Скоков И.В. Многолучевые интерферометры. М.: Машиностроение, 1969. 247.с.

43. Скоков И.В. Многолучевые интерферометры для измерения малых разностей фаз в прозрачных объектах. ИКА, М.: 1976, № 2 (6), с. 9 20.

44. Скоков И.В. Оптические интерферометры. М.: Машиностроение, 1979, -128 с.

45. Троицкий Ю.В. Многолучевые интерферометры отраженного света. Новосибирск, Наука, Сибирское отделение.: 1985. 208 с.

46. Троицкий Ю.В. Одночастотная генерация в газовых лазерах. Новосибирск.: Наука, Сибирское отделение. 1975. 159 с.

47. Троицкий Ю.В. Отражающий интерферометр на основе согласованной металлической пленки. Письма в ЖЭТФ, 1970, т. 11, № 6, с. 281 -284.

48. Троицкий Ю.В. Оптимизация параметров и предельная чувствительность интерференционных детекторов гравитационных волн//Оптика и спектроскопия. 2001. Т. 90, № 2. С. 293-298.

49. Лямкина Н.Э., Троицкий Ю.В. Расчет комбинированного фазового параметра диэлектрических многослойников// Оптика и спектроскопия. 1985. Т. 58. С.157-161.

50. Троицкий Ю.В. Отражательный интерферометр с "трансмиссионной" характеристикой как элемент детекторов гравитационных волн// Оптика и спектроскопия. 2005. Т. 98. С. 135-141.

51. Белоус Ю.Л., Плюта В.Е., Зайцева В.А. и др. Комплекс "Гемма" с многозональной фотографической аппаратурой и системой автоматической регулировки экспозиции // Оптический журнал. 1998.- Т. 65, № 11. - С. 48

52. Науменко Е.К., Плюта В.Е. Выбор оптимальных экспозиций при съемке земной поверхности многозональной фотоаппаратурой. Журнал прикладной спектроскопии. 2000. — Т. 67, № 1. - С. 111-116.

53. Плюта В.Е., Зайцева В.А. Физические основы совместной работы фотографической и оптико-электронной аппаратуры в системах дистанционного зондирования Земли // Оптический журнал. 2000. - Т.67, № 11.-С. 88-92.

54. Мирошников, М.М. Классификация тематики "Оптического журнала"//Оптический журнал. 2000. - Т. 67, № 10. - С.90-103.

55. Мирошников, М.М. Совершенствование тематической рубрикации и классификации публикуемых статей// Оптический журнал. 2002. - Т.69. -№ 6.-С. 82-86.

56. Левин, Б.Р. Теоретические основы статистической радиотехники. -М.: Сов. Радио, кн. 2, 1975. 391 с.

57. Прокофьев, В.Н. Инвариантное правило некогерентного обнаружения сигнала на фоне шумов неизвестного уровня // Радиотехника и электроника. -1973. С. 547 -553.

58. Никитин, Я.Ю., Филимонов, Р.П. Локально наиболее мощное ранговое правило некогерентного обнаружения в шумах неизвестного уровня // Радиотехника и электроника. 1981. - Т. 26, № 1. - С. 87-91.

59. Филимонов, Р.П. Статистические алгоритмы решения экологических задач в условиях априорной неопределенности негауссовских помех // Оптический журнал. 1998. - Т. 65, № 5. С.79-83.

60. Атавин, Е.Г. Анализ метрологических характеристик сканера как микрофотометра // Приборы и техника эксперимента. 2003. - № 4. -С. 58 -62.

61. Трифонов, М.И., Макулов,В.Б. Автоматическое улучшение контраста изображений // Оптический журнал. 2006, том 73, № 10. С. 34 -40.

62. Носков, М.Ф. Выделение экстремумов интерференционных полос при фотографической регистрации Текст. // А.И. Кондратьев, М.Ф. Носков, В.Ф. Рахманов // Приборы и техника эксперимента. 1983. - № 2. - С. 218— 220.

63. Noskov, MF. Separation of the extrema of interference bands by photographic recording / Kondratev, A.I., Noskov, M.F., Rakhmanov, V.F. // Instruments and Experimental Reviev. 1983. - V. 26, № 2. - P. 481-482.

64. Носков, М.Ф. Нелинейная фоторегистрация двухлучевых интерференционных картин Текст. / И.В. Скоков, М.Ф. Носков // Заводская лаборатория. 1984. - № 1. - С. 32-36.

65. Носков, М.Ф. Методы интерференционных измерений повышенной чувствительности Текст. // И.В. Скоков, М.Ф. Носков // Измерения, контроль, автоматизация: научно-техн. сб. обзоров / ЦНИИТЭИприборостроения. М., 1984. - Вып. 4(52). - С. 3-13.

66. Noskov, MF. Nonlihear photographic recording of double beam interference patterns /1. V. Skokov, M. F. Noskov // Ind. Lab. Reviev. 1984. № 50(1).-P. 42-46.

67. Носков, М.Ф. Оптимизация режимов фоторегистрации интерференционных картин Текст. /М.Ф. Носков // Приборы и техника эксперимента. 1985. - № 5. - С. 214-215.

68. Noskov, MF. Optimization of photographic recording of interference patterns / M F Noskov // Instruments and Experimental Reviev. 1986. - V. 28, № 5. P. 1226-1228.

69. Носков, М.Ф. Способ фотографической регистрации двухлучевых интерференционных картин Текст. / М.Ф. Носков // Сб. «Передовой произволственно-технич. опыт», серия «Приборостроение и контроль». М.: ВИМИ,- 1986.-№ 1.-С. 48-49.

70. A.c. СССР № 1452307. Способ анализа снимков при радиографическом контроле изделий с большим радиографическим контрастомТекст.Носков М.Ф., Ордынцев В.А., Таубин M.J1. Заявка № 4280472 от 13 июля 1987 г., зарегистрировано 15 сент. 1988 г.

71. Носков, М.Ф. В кн.: Скоков, И.В. Многолучевые интерферометры в измерительной технике. М.: Машиностроение, 1989. - 256 с. Стр. 8-13.

72. A.c. СССР №1651096, G 01В 11/24. Способ интерференционного измерения формы поверхности оптических деталей Текст./ Носков ,М.Ф., Скоков, И.В., Соснов, А.Н., Трифонов ,Е.Е. Опубл. Бюл.//Открытия.Изобретения. -1991. -№ 19.

73. Носков,М.Ф. Выделение малоконтрастных элементов на фотографических снимках. Белоус, H.H., Комбаров, М.С., Кузнецов,М.М., Носков, М.Ф.//"Тез. докл. Межд. научного конгресса ГЕО-Сибирь-2006". -Новосибирск:СГГА, 2006, том 5, с.82-85.

74. Носков,М.Ф. Выделение малоконтрастных элементов на фотографических снимках. Белоус, И.Н., Комбаров, М.С., Кузнецов, М.М., Носков, М.Ф. Там же. Том 4, с. 114-117.

75. Заявка 2006102950 Российская Федерация, МКИ G 02 В 5/30. Способ интерференционного измерения формы поверхности оптических деталей Текст./Носков М.Ф. (РФ); заявитель СГГА; пат. поверенный Тырышкина Е.П. Заявл. 01.0202006.

76. Заявка 2005136174 Российская Федерация, МКИ G 02 В 5/30. Способ наблюдения многолучевой интерференционной картины в отраженном свете при помощи интерферометра Фабри-Перо Текст. /Носков

77. М.Ф.(РФ); заявитель СГГА; пат. поверенный Тырышкина Е.П. Заявл. 21.11.2005.

78. Наука и Жизнь, 2006, № 6, с.29 (по материалам выставки Высокие технологии-2006 в Экспоцентре на Красной Пресне).

79. Островский, Ю.И. Голография. Ленинград, изд. Наука, Ленинградское отделение, 1970.- 124 е., ил.

80. Редько, В.А. Специальные процессы обработки кинофотоматериалов. М., Искусство .- 1987. -208 е., ил.

81. Носков, М.Ф. Неравноплечий лазерный интерферометр: разработка и опыт эксплуатации Текст./Носков М.Ф. и др. Предприятие п/я А-1857, 1980, н/б 5051, 53 с.

82. Носков, М.Ф. Интерферометрия повышенной чувствительности с нелинейной фоторегистрацией Текст./Носков М.Ф. и др. Предприятие п/я А-1857, 1981, н/б 5364, 43 с.

83. Носков, М.Ф. Интерференционные методы повышенной чувствительности Текст./Носков М.Ф. и др. Предприятие п/я А-1857, 1983, н/б 5736, 32 с.

84. Носков, М.Ф. Перемещение поверхности материалов при локальном тепловом воздействии Текст./Носков М.Ф. и др. Предприятие п/я А-1857, 1987, н/б 6879, 69 с.

85. Методические указания. Методика выполнения голографических интерференционных измерений с устранением спекл-шума. РД-50-408-83. Государственный Комитет СССР по стандартам. М. Изд-во стандартов, 1984.