Компьютерная голография

Серия основана в 2001 году

МОНОГРАФИИ

НГТУ

РЕДАКЦИОННАЯ КОЛЛЕГИЯ 
СЕРИИ «МОНОГРАФИИ НГТУ» 
 
 
д-р техн. наук, проф. (председатель) А.А. Батаев 
д-р техн. наук, проф. (зам. председателя) А.Г. Вострецов 
д-р техн. наук, проф. (отв. секретарь) В.Н. Васюков 
 
д-р техн. наук, проф. А.А. Воевода 
д-р техн. наук, проф. В.И. Денисов 
д-р физ.-мат. наук, проф. А.К. Дмитриев 
д-р физ.-мат. наук, проф. В.Г. Дубровский 
д-р филос. наук, проф. В.И. Игнатьев 
д-р физ.-мат. наук, проф. О.В. Кибис 
д-р филос. наук, проф. В.В. Крюков 
д-р социол. наук, проф. Л.А. Осьмук 
д-р техн. наук, проф. Н.В. Пустовой 
д-р техн. наук, проф. Г.И. Расторгуев 
д-р физ.-мат. наук, проф. В.А. Селезнев 
д-р техн. наук, проф. Ю.Г. Соловейчик 
д-р техн. наук, проф. А.А. Спектор 
д-р техн. наук, проф. А.Г. Фишов 
д-р экон. наук, проф. М.В. Хайруллина 
д-р техн. наук, проф. В.А. Хрусталев 
д-р техн. наук, проф. А.Ф. Шевченко 
 
 
 
 

 

 

Â. È. ÃÓÆÎÂ

ÊÎÌÏÜÞÒÅÐÍÀß

ÃÎËÎÃÐÀÔÈß

ÍÎÂÎÑÈÁÈÐÑÊ

2 0 1 8

УДК 621.383.8:004.942 + 004.353.256 
         Г 936 
 
Рецензенты: 
д-р техн. наук, профессор Ю.В. Чугуй 
канд. техн. наук, доцент Е.Н. Денежкин 
д-р физ.-мат. наук, профессор Л.А. Борыняк 
 
 
 
Гужов В.И. 
Г 936   
Компьютерная голография: монография / В.И. Гужов. – 
Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2018. – 270 с. (Серия «Монографии НГТУ»). 

ISBN 978-5-7782-3718-6 

В монографии излагаются основы получения оптических голограмм, методы регистрации голограмм и цифровые алгоритмы восстановления волновых полей из голограмм; рассматриваются вопросы дискретизации голограмм с помощью обобщенных функций; показаны реализация процесса восстановления изображений при расшифровке полученных классическим способом голограмм и методы 
получения и расшифровки цифровых голограмм с помощью методов 
пошагового фазового сдвига. Компьютер при этом используется не 
только для обработки, но и для управления процессом получения голографических картин. 
Монография предназначена для научных работников и студентов, 
специализирующих в области оптики, интерферометрии и голографии, а также для широкого круга специалистов, в сферу интересов 
которых входит обработка изображений. 
 
УДК 621.383.8:004.942 + 004.353.256 
 
 
ISBN 978-5-7782-3718-6  
 
 
 
 
 
© Гужов В.И., 2018 
© Новосибирский государственный 
    технический университет, 2018 

 

 

NOVOSIBIRSK

2 0 1 8

V. I. GUZHOV

COMPUTER

HOLOGRAPHY

УДК 621.383.8:004.942 + 004.353.256 
         Г 936 
Reviewers: 
Prof. Yu.V. Chugui, D.Sc. (Eng.) 
Assoc. Prof. E.N. Denezhkin, PhD (Eng.) 
Prof. L.A. Borynyak, D.Sc. (Phys. & Math.) 
 
 
 
Guzhov V.I.  
Г 936   
Computer holography: monograph / V.I. Guzhov. – Novosibirsk: NSTU Publisher, 2018. – 270 p. (“NSTU Monographs”  
series). 

ISBN 978-5-7782-3718-6 

The monograph states the principles of receiving optical holograms, 
methods of recording holograms and digital algorithms of reconstructing 
wave fields from holograms. It also addresses the issues of hologram sampling by means of generalized functions. The implementation of the process of image restoration when interpreting holograms received by the classical method and methods of receiving and interpreting digital holograms 
by means of step-by-step phase shift methods are also described. In so doing the computer is used not only for processing but also for managinge the 
process of receiving holographic patterns.  
The monograph is intended for researchers and students specializing 
in optics, interferometry and holography as well as for a wide range of specialists interested in image processing. 
 
 
 
УДК 621.383.8:004.942 + 004.353.256 
 
 
 
 
ISBN 978-5-7782-3718-6  
 
 
 
 
 
 
 
 
© Guzhov V.I., 2018 
© Novosibirsk State  
    Тechnical University, 2018 

 

 

ÂÂÅÄÅÍÈÅ 

Наука начинается с тех пор, как начинают измерять.  
Точная наука немыслима без меры 

Д.И. Менделеев 

Нет ни одной области практической деятельности человека, где 
можно было бы обойтись без количественных оценок, получаемых в 
результате измерений. Исследование и разработка новых методов измерений и создание на основе этих методов измерительных систем является актуальной задачей современных исследований. Развитие вычислительной техники позволило создавать информационно-измерительные системы, которые выводят промышленный контроль на новый 
уровень, делая его более точным, быстрым и дешевым. Исследование и 
разработка новых методов неразрушающего контроля и создание на 
основе этих методов информационно-измерительных систем нового 
поколения является актуальной задачей современных исследований в 
области измерительной техники. 
По характеру воздействия на объект различают разрушающий и 
неразрушающий контроль. 
При разрушающем контроле изделия не сохраняют своего качества. Типичными примерами здесь могут служить испытания на сжатие и растяжение, на удар, на высокие температуры. Результатом разрушающего контроля не всегда будет являться физическое разрушение 
объекта, но возможны ухудшение или потеря каких-либо свойств, 
важных при дальнейшем использовании изделия. 
Неразрушающий контроль позволяет определять соответствие различных агрегатов качественным и количественным показателям, не 
причиняя им ущерба в процессе измерений. При неразрушающем кон-

 

троле изделия, в которых нет дефектов, сохраняют свои качества и 
свойства, несмотря на то что на них было оказано определенное воздействие, т. е. такие изделия можно использовать в дальнейшем. 
Можно выделить девять видов неразрушающего контроля: 1) магнитный, 2) электрический, 3) вихретоковый, 4) радиоволновой, 5) тепловой, 6) оптический, 7) радиационный, 8) акустический, 9) контроль 
проникающими веществами [1]. Среди множества методов неразрушающего контроля стоит выделить ряд методов, получивших название 
оптических. Современные методы, основанные на использовании 
свойств волновых полей, позволяют проводить измерения с точностью 
до сотых и тысячных долей длины волны. 
Методы оптического контроля появились и эффективно использовались задолго до появления других методов. Человеческий глаз способен без каких-либо приспособлений обнаруживать ряд явных дефектов, а с использованием оптических приборов еще большее их количество. В классической оптике изображение формируется с помощью 
оптических устройств, состоящих из набора линз и зеркал, а регистрируется с помощью датчиков, реагирующих на интенсивность оптического излучения. При помощи оптических методов можно оценивать 
поверхностные нарушения объектов (пустоты, расслоения, поры, трещины, инородные включения для оптически прозрачных материалов), 
геометрические параметры (шероховатость, толщина пленок и др.), 
физико-химические свойства (внутренние напряжения, структура материала). Эти методы применяются в настоящее время и будут использоваться в будущем. 
Большое количество оптических методов измерений образовалось 
благодаря широкому спектру исследуемых объектов. Для оптически 
грубых поверхностей хорошо себя показывают проекционные методы и эффект Муара [2, 3], так как они менее чувствительны к среде и 
диапазон их измерений существенно больше интерференционных 
методов. 
Однако если поверхность объекта является оптически гладкой, то 
нужны более точные методы, основанные на интерференции световых 
волн [4]. Основное достоинство интерференционных методов – высо

ÂÂÅÄÅÍÈÅ 

 
9 

кая точность измерений. Это вызвано тем, что в качестве меры используется длина волны света, используемого для освещения. В случае когерентного, монохроматического освещения длина волны является физической константой. 
Световой (в общем случае электромагнитный) пучок разделяется 
на два или большее количество когерентных пучков. Пучки проходят 
разные оптические пути, попадают на фотоприемник и интерферируют. По полученной интерференционной картине можно установить 
фазовое смещение пучков. Разность оптического хода, создаваемая 
неровностями поверхности исследуемого объекта, позволяет по полученному смещению фаз установить физическую величину этой неровности. 
Классическая оптическая интерферометрия имеет дело с прозрачными или хорошо отражающими (зеркальными) поверхностями.  
Для прозрачных объектов применение интерферометрических методов 
диагностики допустимо, если максимальная рефракция на объекте не 
превышает 0,1 мрад, а влиянием поглощения можно пренебречь. Такие 
прозрачные объекты получили название фазовых, т. е. изменяющих 
только фазу зондирующего излучения [5]. 
С появлением голографии появилась возможность проведения интерферометрических измерений не только прозрачных и зеркальных 
(т. е. объектов с оптически чистой поверхностью), но и диффузно отражающих объектов. Голография – это метод регистрации произвольного колебательного процесса, позволяющий зафиксировать как амплитуду, так и фазу колебания, а затем воспроизвести их в любой 
удобный момент времени. Так как полная информация о форме объекта содержится в оптическом поле, которое рассеивается исследуемым 
объектом при его освещении, голографический процесс позволяет регистрировать эту форму в неизменном виде. Сохраненную таким образом форму можно в любой момент времени воспроизвести и использовать в качестве шаблона. На этом принципе основано подавляющее 
большинство методов оптического неразрушающего контроля, использующих голографию. 
Голографическая интерферометрия является одним из наиболее 
перспективных методов для контроля напряженно-деформированного 

состояния объектов. Голографическая интерферометрия – получение 
и интерпретация интерференционных картин, образующихся при нескольких состояниях объекта, при этом одно или несколько состояний объекта записываются и восстанавливаются с помощью голографии. По результатам анализа голографических интерферограмм можно определить разницу между двумя состояниями объекта, а значит, 
построить модель изменений, произошедших с объектом. Голографическая интерферометрия существенно расширила функциональные 
возможности оптической интерферометрии, позволив проводить измерения диффузно отражающих объектов. Методы голографической 
интерферометрии оказались пригодными для исследования промышленных деталей и конструкций в заводских условиях [6–13]. 
Однако развитие этих методов ограничивается необходимостью 
применения фотоматериалов для регистрации промежуточных голограмм. Использование голографических фотопластинок и пленок связано со сложными химическими процессами при обработке. Поэтому 
измерительные системы на основе этих методов используются в основном в лабораторных условиях. Новый виток в развитии голографических измерительных систем появился в результате развития методов 
цифровой голографии. 
Цифровая голография – это анализ, синтез и моделирование волновых полей средствами вычислительной техники. Цифровая голография 
существенно повышает производительность и практичность методов 
голографии (в частности, методов голографической и спекл-интерферометрии, голографической микроскопии). 
Первые работы по генерации цифровых голограмм появились в 
1967–1980 гг. Ряд работ был выполнен А. Ломаном и В. Ли за рубежом, а также Б.Ф. Федоровым и Р.И. Эльманом в нашей стране. За работами советских авторов внимательно следил Ю. Денисюк и периодически предоставлял исследователям возможность выступать на 
научных семинарах, руководителем которых он являлся. Он же предложил опубликовать монографию с результатами работ в издательстве 
«Наука», к которой написал предисловие. Она вышла в 1976 г. и была 
первой книгой, в которой на основе фактического материала излага