Планираните изследователски дейности са в областта на холографското визуализиране, формиране на светлинни снопове и спекъл метрология с компютърно генерирани холограми. Задачите са разпределени в четири работни пакета.
Работен пакет 1 (РП1) „4D холографско визуализиране от компютърно генерирани холограми“ планира генериране на 3D входни данни за холографско цифрово устройство за формиране на 3D образи и оптимизиране на веригата 3D холографски запис – пренос на данни – холографско визуализиране.
РП1 включва следните дейности:
Дейност 1.1 „Компютърно генерирани холограми от некохерентно записани изображения и анализ на бинарно представяне на холографски данни“ е посветена на цифровото синтезиране на холограми от некохерентни двумерни изображения. Ще се анализират два подхода за синтезиране: 1) пресмятане въз основа на изображенията, заснети под различни ъгли; 2) синтез, имитиращ интерференция. Предвижда се сравнителен анализ на двата подхода. Качеството на оптичното възстановяване ще се оценява с използване на холографски принтер. Планира се изучаване на предимствата и недостатъците на бинарни компютърно генерирани холограми. Ще се оцени качеството на възстановявания образ за амплитудна бинарна холограма чрез числено възстановяване и оптични експерименти с единствен DMD (digital micro-mirror device) модулатор и дисплей за виртуална реалност със същия модулатор, но с ъглово мултиплексиране.
Дейност 1.2 „Анализ на изкривяванията при отхвърляне на амплитудната информация в комплексната амплитуда на обектния сноп“ включва анализ на изкривяванията при възстановяване на цифрови холограми при преобразуване на обектния сноп във формата на данните, поддържани от пространствено-светлинния модулатор за оптично възстановяване на холограмата. Ще се проучи отхвърлянето на амплитудната информация в комплексната амплитуда. Анализът ще се проведе както с оптично записани и с компютърно генерирани холограми. Целта е да се дефинират изискванията, при които отхвърлянето е възможно. Дейността включва и изучаването на подходи за модифициране на фазата в обектния сноп за постигане на висококачествено възстановяване.
Дейност 1.3 „ Анализ на изкривяванията по веригата холографски запис – пренос на данни – холографско визуализиране“ включва анализ на изкривяванията при възстановяване от цифрови холограми, когато дължината на вълната, размерът на пиксела и броят на пикселите при записа се различават от тези параметри при оптично възстановяване с модулатор. Ще бъде изучено влиянието на двата набора от параметри върху надлъжната и напречна промяна на размерите на възстановения тримерен образ посредством числено и оптично възстановяване с пространствено-светлинен модулатор. Ще се развиват подходи за подобряване на качеството на възстановяване чрез предвалителна обработка на цифровите холограми.
Работен пакет 2 (РП2) „Компютърно генериране на дифракционни оптични елементи“ е посветен на контролируемото манипулиране на кохерентни светлинни снопове чрез дизайн на фазови разпределения за пространствено-светлинен модулатор.
РП2 включва следните дейности:
Дейност 2.1 „Цифрово генериране на призма на Уоластон като пространствено фазово отместващ елемент“ включва използването на пространствено светлинен модулатор за генериране на паралелно пространствено фазово отместване на ортогонално поляризирани светлинни снопове. Планираната работа включва: 1) конструиране на оптична схема за цифрова холографска интерферометрия, която позволява автоматично получаване на фазата и амплитудата; 2) създаване на софтуер за пространствено-времеви анализ на фазата и амплитудата и получаване на 4D картини на деформациите; 3) запис и обработка на интерферограмите. С помощта на конструираната схема и създадения софтуер ще бъдат изследвани динамични деформации в различни материали, както и динамични промени във формите на различни обекти. Крайната цел на предложената оптична схема е приложение в биологията и медицината.
Дейност 2.2 „Оптично генериране на корелирани спекъл картини с контролируемо статистическо описание“ предвижда създаването на оптичен симулатор на корелирани спекъл изображения за тестване на алгоритми в динамичната спекъл метрология. Заплануваната работа включва: 1) създаване на експериментална установка с фазов пространствено-светлинен модулатор; 2) компютърно генериране на входните данни за модулатора, които са корелирани с предвалително зададено пространствено разпределение на радиусаа на корелация; 3) запис и обработка на спекъл изображения, проектирани върху екран с даден алгоритъм; 4) експериментално изследване на източниците на шум и надеждността на симулатора.
Дейност 2.3 „Създаване на оптичен клин на Физо с пространствено-светлинен модулатор“ се фокусира върху възпроизвеждане на оптичното поведение на клин на Физо с мозулатор с фазова модулация от 0 до 2π. Тази дейност обхваща следните задачи: 1) определяне на комплексната амплитуда върху повърхността на клина в режим на отражение и пропускане чрез използване на метода за намиране на ъгловия спектър; 2) определяне на двумерното разпределение на интензитета на разстояние от клина за произволно разпределение на интензитета в осветяващия лазерен сноп; 3) анализ на възможните изкривявания в създаденото от модулатора разпределение на интензитета поради отхвърляне на амплитудната информация в комплексната амплитуда; 4) оценяване на качеството на полученото резонансно и извън резонанса разпределение на интензитета посредством сравняване с теоретично предсказаното; 5) проучване на функционалните възможности на генерирания от цифрови данни оптичен елемент за манипулиране на лазерни снопове при осветяване с различни дължини на вълните.
Работен пакет 3 (РП3) „Количествена динамична спекъл метрология“ е в областта на динамичната спекъл метрология за безконтактно наблюдаване на скоростта на процеси в образци от индустриално или биологично естество.
РП3 включва следните дейности:
Дейност 3.1 „Количествен динамичен спекъл анализ на скоростта на протичане на процеси“ предвижда търсене на подход за количествено характеризиране на скоростта на протичане на процеси чрез построяване на карта на активността, представляваща двумерно разпределение на даден статистически параметър, посредством обработка на корелирани спекъл картини, образуващи се върху повърхността на даден образец. Това включва 1) статистически анализ на картата на активността за оценяване на влиянието на спекъла в качеството му на шум; 2) разработване на методи за количествено определяне на активността; 3) търсене на параметри, които са линейно свързани с активността; 4) разработване на количествено характеризиране при неравномерно осветяване и променлива отражателна способност върху повърхността на образеца; 5) създаване на подход с малък брой спекъл изображения; 6) тестване на разработените подходи с помощта на симулатора на динамичен спекъл.
Дейност 3.2 „Динамичен спекъл анализ чрез преобразуване на регистрираните спекъл изображения в бинарни изображения“ е посветена на повишаване на бързодействието на динамичната спекъл метрология чрез преобразуване на спекъл изображенията в бинарни изображения. Задачата включва: 1) изучаване на влиянието на бинаризацията върху надеждността на определяне на активността; 2) провеждане на експерименти с изображения моделирани по метода Мовте-Карло и оптично регистрирани изображения, създадени с помощта на оптичния спекъл симулатор; 3) анализ на влиянието на броя на регистрираните изображения върху възможността да се използват бинарни изображения; 4) анализ на приложимостта на бинаризацията при неравномерно осветяване; 5) оценяване на чувствителността на метода при работа с бинарни изображения; 6) обработка на експериментални данни.
Дейност 3.3 „Динамична спекъл метрология с намален контраст на спекъла“ се фокусира върху търсене на подходи за намаляване на значителните флуктуации в картата на активността, построена чрез интензитетно базирана поточкова обработка на регистрираните спекъл изображения. За целта ще се изследва влиянието на контраста на спекъла върху качеството на извличане на информацията с оглед на двойствената природа на спекъла в този вид оптична метрология, който е и сигнал, и шум. Ще се направи анализ на пространствената чувствителност на метода като функция на спекъл контраста. Ще се проведат експерименти с предварително филтриране на регистрираните спекъл изображения при осветяване с различни лазерни източници.
Работен пакет 4 (РП4) „Проследяване на промени в азополимерни тънки слоеве с цифрова холография и динамична спекъл метрология“ е насочен към създаването на протокол за наблюдаване на процеса на съхнене на азополимерни тънки слоеве с кохерентни оптична метрология.
РП4 включва следните дейности:
Дейност 4.1 „Мониторинг на процеса на съхнене на тънки азополимерни слоеве чрез динамична спекъл метрология“ се фокусира върху изучаване на процеса на съхнене на тънки азополимерни слоеве с динамична спекъл метрология. Дейността включва: 1) депозиране на тънки азополимерни слоеве върху стъклена подложка чрез центрофужно отлагане; 2) конструиране на оптична установка за запис на спекъл изображения в режим на отражение; 3) провеждане на експерименти при различни температури с и без нагряване на тествания азополимерен слой; 4) определяне на контраста на спекъл картината, формирана върху повърхността на образеца; 5) обработка с разработените в работен пакет 3 подходи; 6) определяне на параметрите, характеризиращи процеса на съхнене, в зависимост от концентрацията на използвания разтворител и температурата.
Дейност 4.2 „Мониторинг на процеса на съхнене на тънки азополимерни слоеве с цифров холографски запис“ включва: 1) депозиране на тънки азополимерни слоеве върху стъклена подложка чрез центрофужно отлагане; 2) конструиране на оптична установка за запис на извън-осеви цифрови холограми, като обектният сноп е лазения сноп, отразен от образеца; 3) провеждане на експерименти при различни температури с и без нагряване на азополимерния слой; 4) извличане на фазата в реално време чрез филтриране в пространствено- честотната област и прилагане на Фурие анализ; 5) 4D визуализиране на процеса на съхнене; 6) оценяване на точността чрез симулиране на холографския запис; 7) определяне на параметрите, характеридиращи процеса на съхнене, в зависимост от концентрацията на използвания разтворител и температурата.
Дейност 4.3 „Оптично и структурно характеризиране на азополимерни тънки слоеве“ обхваща оптично и структурно характеризиране на азополимерни тънки слоеве, като се предвижда: 1) прилагане на Фурие спектрометричен анализ в инфрачервената област за структурно оценяване на тънките слоеве преди и след нагряване; 2) прилагане на атомарно силова микроскопия за изумаване на тънките слоеве в различни моменти на процеса на съхнене; 3) определяне на температурата на остъкляване; 4) измерване на микро-твърдостта на изсъхналите слоеве; 5) изследване на равномерността на изсъхналия азополимерен слой; 6) оптично характеризиране чрез измерване на спектъра на поглъщане и двулъчепречупването на азополимерните тънки слоеве.