類比圖像儲存

Chi^2/DoF = 0.0064 R^2 = 0.93203

y0 0.15442 ? .00147 A1 1.7055 ? .0094 t1 2847.84111 ? 4.33445

Diffraction efficiency(%)

time(sec)

4.2.3 類比圖像儲存

在本節中，我們將實際利用我們所架設的儲存系統儲存幾張影像後，再將他 們讀出來。假如我們使用圖4.11 的系統架構，因為儲存材料是放置於 4f 系統兩 個透鏡的共焦點，也就是儲存一個傅立葉全像片(Fourier Hologram)。一般來說，

我們輸入的影像，他的空間頻率分佈的頻譜並不是均勻的，通常空間頻率為低頻 的訊號是遠大於高頻的訊號。因此，曝光能量必須控制在材料反應與曝光能量呈 線性關係的範圍內，否則低頻訊號與高頻訊號的全像光柵的建立速度不一定會相 等，會造成影像空間頻率為高頻或低頻的部份被加強或降低。譬如說曝光時間不 夠久，結果只有較強的低頻訊號的光柵被建立，則我們儲存的影像重建時會像通 過一個低通濾波器一般；相反的，當曝光時間較長時，較強的低頻訊號的地方曝 光量已超過材料可反應的飽合值了，但是高頻訊號的地方則沒有而繼續反應。此 時高頻訊號就像被放大一樣，所以重建出來的影像就像通過一個高通濾波器一 般。為了解決此問題，我們將材料前後移動一些距離，不要放在透鏡的焦點上，

改為記錄影像的菲涅耳繞射，即菲涅耳全像片(Fresnel Hologram)。

4.2.3.1 光學系統架設

如圖4.36 為我們儲存系統的光學系統架設，基本上以圖 4.26 為基本架構，

不過將物體光改為一簡單的成像系統，利用一個焦距為16cm 的透鏡，將輸入平 面的輸入影像成像在 CCD 平面處，材料則放置在透鏡後 11cm 的地方。輸入平 面、透鏡、CCD 平之間的距離關係為：

L1+L2=48cm (4.22)

L3=24cm (4.23)

此系統是一個放大率為 2

1的成像系統，將 12mm(H)×8mm(V)大小的輸入影 像在CCD 平面上成像成 6mm(H)×4mm(V)。材料選擇厚度為 4mm。材料放置在 精密旋轉台的位置，與圖4.27 相同，圖 4.27 中的 R 一樣為 8.19mm。每存一張 旋轉0.5°，即 75μm 的位移量。

影像的輸入，以較簡單的方式，使用投影片製作所要用的圖案。雖然用印表 機印出投影片時，印出來黑色的部份還是會些微的透光，不過實際試驗後，效果 還可以接受。

圖4.34 長時間紅光讀取單一光柵繞射效率

在曝光時間的選擇上，除了必須使重建光的強度能夠被光偵測器偵測到之 外，還必須參考扇射效率及單一光柵繞射效率的實驗結果。在全像實驗中，隨著 曝光時間的增加，重建光的強度越來越強，但是扇射效率也越來越高。雖然我們 希望重建光越強越好，但是並不希望扇射效率太高。所以假如我們將重建光視為 我們要的訊號，扇射效率視為我們不要的雜訊，那麼我們可以將兩者相除，定義 出重建光的訊雜比SNR 為。為了有較好的重建影像，SNR 值越高越好，所以我 們必須將扇射效率隨時間變化的曲線，與單一光柵繞射效率隨時間變化的曲線相 除，找到SNR 值為最大的時間，做為我們每一次曝光的時間^[10]。圖4.37 是厚度 為 4mm 的重建影像的 SNR 值與曝光時間的關係。因為沒有做歸一化的計算，

所以y 軸的絕對數值不具意義，只有相對最大值所對應的曝光時間才有意義。

從圖4.37 中可以看到，當曝光時間為 40sec 左右時，有最大的 SNR 值。不 過在實際試驗之後，我們選擇曝光時間為30 秒。

因此，我們的記錄及讀取流程如下：

記錄時：使用物體光與參考光同為 10mW/cm²，曝光時間 30 秒。必須注意 用紙片將CCD 檔住，以免 CCD 被光打壞。

讀取時：用紙片將物體光擋起，並在光路中插入編號為 ND3 的 ND 濾光板 (ND filter)，將參考光減弱為千分之一，減少讀取時對已經記錄好的影像產生干 擾。然後利用CCD 將重建出來的影像截取下來。

圖4.36 類比圖形儲存光路圖

30°

532nm

Nd:Yag 雷射 擴束器

半波片

CCD 快門

偏振分光鏡 反射鏡

半波片

反射鏡

反射鏡

反射鏡

10x 物鏡

透鏡

精密旋轉台 z0

輸入平面 L1

L2

L3

11cm

0 50 100 150 200 250 0

1 2 3

SNR

Exposure Time(sec)

4.2.3.2 實驗結果與討論

圖 4.38，是使用 USAF 標準圖做為輸入影像的實驗結果。圖 4.38(a)直接用 CCD 截取 USAF 標準圖的成像，圖 4.38(b)則是重建出來的影像。可以看到，

(a)輸入影像 (b)重建影像

圖4.38(a)、4.38(b)的解析度皆達第四群的第 3 圖，也就是說我們的光學系統的解 析度可達20.16 lines/mm，且重建出來的影像不會因為有記錄材料的關係，而影 響光學系統的解析度。

圖 4.39 為記錄 84 張圖片中的的 24 張。雖然有一些雜訊，不過應該是來自 於投影片製作時，黑色的部份會有部份的漏光所致，串位雜訊在此處並沒有被觀 察到。最後我們也使用了灰階的幻燈片(原本為彩色，但是在單色光源下為灰階) 做試驗，雖然還可以分辨的出影像，不過其實是非常模糊的，一方面可能成像系 統並不是非常好，另一方面來自材料可能已經多次曝光，造成影像的扭曲。

其實圖4.39 為記錄完後馬上讀取的重建影像，可是當過了一陣子，不用一、

兩個小時，影像就會慢慢變弱。下午記錄的影像，到了晚上就幾乎看不到了。此 現象與量測動態範圍時、與長時間繞射效率量測時所看到繞射效率下降的現象相

圖4.37 厚度為 4mm 重建影 像的 SNR 值與曝光時間的關 係

圖4.38 使用 USAF 標準圖做為輸入影像及其重建影像

符。也就是說我們做出來的材料，記錄一段時間之後，因為殘存MMA 單體的擴 散，會將我們所記錄的全像光柵的空間調變量降低，導致繞射效率下降！

圖4.39 重建出來的影像