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Verfahren zur Aufnahme und Rekonstruktion von Farbbildern Die Erfindung
betrifft ein Verfahren zur Aufnahme und Rekonstruktion von Farbbildern eines Objekts
mit Hilfe eines Schwarzweißfilms.
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Bei bekannten Verfahren zur Aufnahme von Farbbildern mit Hilfe eines
Schwarzweißfilms werden die farbigen Informationen in drei Farben zerlegt, und die
roten, grünen und blauen Informationen werden auf drei Schwarzweißfilmen aufgezeichnet.
Diese drei Filme werden mit rotem, grünem bzw. blauem Licht beleuchtet und das durchfallende
Licht wird sich überlappend auf einen Schirm projiziert, um ein Farbbild zu rekonstruieren.
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Dieses bekannte Verfahren hat jedoch den Nachteil, daß die pro Flächeneinheit
des Films aufzeichenbare Informationsmenge verhältnismäßig klein ist, und daß die
Einjustierung der sich auf dem Bildschirm überlappenden Lichtbündel sehr schwierig
ist.
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Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Aufnahme
und zur Rekonstruktion von Farbbildern mit Hilfe von Scwrzweißfilmen anzugeben,
bei dem pro Flächeneinheit des Films
größere Informationsmengen
gespeichert werden können.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Aufnahme und Rekonstruktion
von Farbbildern mit Hilfe von Schwarzweißfilmenerfindungsgemäß dadurch gelöst, daß
das Farbinformationen enthaltende Objekt mit einer Anzahl von kohärenten Lichtbündeln
unterschiedlicher Wellenlänge leuchtet wird, daß eine Wellenfront von dem Objekt
mit Licht jeder der Wellenlängen mit einer Anzahl von Bezugsbündeln zur Interferenz
gebracht wird, daß die so erzeugte Interferenz figur auf der Oberfläche eines Aufzeichnungsträgers
für ein Hologramm räumlich getrennt als ein Teilhologramm für jede der Wellenlängen
aufgezeichnet wird, und daß dieses Hologramm mit Licht unterschiedlicher Wellenlänge
für jedes Teilhologramm zum Zwecke der Rekonstruktion beleuchet wird.
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Durch die Erfindung wurde deshalb ein Verfahren zur Aufnahme und
zur Rekonstruktion von Farbbildern angegeben, bei dem die Prinzipien der Holografie
Verwendung finden, um die erwähnten Schwierigkeiten zu vermeiden. Dabei findet die
Eigenschaft eines Hologramms Verwendung, daß die gespeicherte Informationsmenge
groß ist. Selbst wenn Farbinformationen eines Objekts mit Licht unterschiedlicher
Wellenlänge in einer Lage aufgenommen werden, in der sich das Objekt zum Zeitpunkt
der Aufnahme befand, ergibt sich nicht die Gefahr einer Unschärfe der Farben.
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Anhand der Zeichnung soll die Erfindung näher erläutert werden. Es
zeigen: Fig. 1 eine Einrichtung zur Erläuterung eines Aufnahme verfahrens gemäß
der Erfindung; Fig. 2 ein durch die Einrichtung in Fig. 1 hergestelltes Hologramm;
Fig. 3 eine Einrichtung zur Rekonstruktion mit Hilfe des Hologramms in Fig. 2; Fig.
4 eine Einrichtung zur Erläuterung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Verfahrens
gemäß der Erfindung; Fig. 5 eine Einrichtung zur Erläuterung eines dritten Ausführungsbeispiels
des Aufzeichnungsverfahrens ger der Erfindung;
Fig. 6 eine Einrichtung
zur Erläuterung eines vierten Ausführungsbeispiels eines Aufzeichnungsverfahrens
gemäß der Erfindung; Fig. 7 eine Einrichtung zur Erläuterung eines fünften Ausführungsbeispiels
eines Aufzeichnungsverfahrens gemäß der Erfindung; Fig. 8 und 9 ein optisches System
für das in Fig. 7 dargestellte Ausführungsbeispiel; Fig. 10 ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel
eines Rekonstruktionsverfahrens gemäß der Erfindung; Fig. 11 ein Hologramm für die
Rekonstruktion eines dreidimensionalen Farbbilds; Fig. 12 und 13 ein Rekonstruktionsverfahren
für das Hologramm in Fig. 11; und Fig. 14 eine Einrichtung zur Erläuterung eines
Verfahrens zur Herstellung eines synthetischen Hologramms, das für die Erfindung
verwendbar ist.
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In Fig. 1 ist das Objekt 1 ein Träger von Farbinformationen. Das
Objekt kann mit Licht 31 32 und 33 unterschiedlicher Wellenlänge beleuchtet werden,
bepielsweise mit rotem, grünem und blauem Licht, welches durch eine Diffusorplatte
2 durchtritt.
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Lichtempfindliches Material, beispielsweise ein Schwarzweißfilm oder
eine Fotoplatte 4 für holografische Aufnahmen wird hinter dem Objekt angeordnet.
Vor der Fotplatte 4 ist ein Spalt 5 vorgesehen, welcher entlang der Stirnfläche
der Fotoplatte 4 beweglich ist. Die Lichtbündel 61, 62 und 63 sind kohärente Bezugsbündel
unterschiedlicher Wellenlängen, beispielsweise rotes, grünes und blaues Licht.
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Das Objekt 1 wird zuerst mit einem einzigen farbigen Beleuchtungsbündel
31 beleuchtet und gleichzeitig wird das Bezugsbündel 61 von derselben Lichtquelle
des beleuchtenden Lichtbündels 31 auf die Fotoplatte projiziert, um das Hologramm
des Lichts einer ersten Wellenlänge aufzunehmen (ein Hologramm eines ersten Farbanteils).
Dann werden das Beleuchtungsbündel und das Bezugsbündel
als Licht
einer zweiten Wellenlänge 32 bzw. 62 verwandt und der Spalt 5 vor der Fotoplatte
4 wird bewegt, um ein Hologramm mit Licht der zweiten Wellenlänge aufzunehmen (Holografie
des zweiten Farbanteils).
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In entsprechender Weise erfolgt eine Holografie des Lichts der dritten
Wellenlänge (Hologramm des dritten Farbanteils).
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Fig. 2 zeigt ein in dieser Weise hergestelltes Hologramm. In dem
Hologramm 7 sind Hologramme 8, 9 und 10 der Farbanteile voneinander getrennt.
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Für die Rekonstruktion eines Farbbilds wird das Hologramm 7 mit dreifarbigem
Licht 11 von der Seite beleuchtet, die der Seite bei der Aufnahme gegenüberliegt,
und Farbfilter 12, 13 und 14 entsprechend den Farbanteilhologrammen 8, 9 und 10
werden hinter oder vor dem Hologramm 7 angeordnet, um die Farbanteilbilder 1511
152 und 153 von den Hologrammen 8, 9 und 10 zu rekonstruieren. Da diese Bilder 151,
152 und 153 vollständig in Koinzidenz rekonstruiert werden, ergibt sich keine Farbunschärfe
oder Farbverdunkelung. Wenn ein Diffusor 16 vor diesem rekonstruierten Bild angeordnet
wird, werden die Farbinformationen gemischt und ein Farbbild wird beobachtet.
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Wie aus der Beschreibung des ersten Ausführungsbeispiels hervorgeht,
findet gemäß der Erfindung die Eigenschaft der Hdografit Verwendung, daß dieselben
rekonstruierten Bilder von unterschiedlichen Stellen des Hologramms erhalten werden,
weshalb Farbanteilhologramme entsprechend jeder Farbe getrennt auf dem Hologramm
aufgenommen werden. Bei der Rekonstruktion wird jedes Hologramm mit Licht entsprechender
Wellenlänge beleuchtet, um ein Farbbild zu erhalten.
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Bei dem obigen Ausführungsbeispiel wird das Objekt mit diffusem kohärentem
Licht beleuchet. Wenn jedoch das Objekt selbst das Licht diffus streut, kann nicht
diffuses kohärentes Licht Verwendung finden.
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Bei dem obigen Ausführungsbeispiel wird kohärentes Licht unterschiedlicher
Wellenlänge zeitlich aufeinanderfolgend benutzt.
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Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel in Fig. 4 wird kohärentes Licht
unterschiedlicher Wellenlänge gleichzeitig für die Aufnahme benutzt.
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Bei diesem zweiten Ausführungsbeispiel wird das Objekt mit dreifarbigem
kohärentem Licht 17 durch den Diffusor 2 beleuchtet. Drei Schichten 18, 19 und 20
sind vor der Fotoplatte für das Hologramm angeordnet, und die Holografie erfolgt
unter Verwendung eines dreifarbigen Bezugsbündels 21 zur Ausbildung von Farbanteilhologrammen
entsprechend jeder der Farben, und zwar in einem Abstand voneinander, wie in Fig.
2 dargestellt ist.
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Bei dem dritten Ausführungsbeispiel in Fig. 5 ist das Hologramm ein
Fourier-Umwandlungshologramm.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel wird das Objekt 1 mit von einem Laser
abgegebenen Lichtbündeln 31 32 und 33 beleuchtet. Eine Linse 22 ist hinter dem Objekt
1 derart angeordnet, daß das Objekt 1 in der vorderen Brennebene der Linse liegt,
während die Fotoplatte 4 in der hinteren Brennebene der Linse liegt. Bei einer derartigen
Anordnung wird das Objekt 1 mit Licht einer ersten Wellenlänge 31 des dreifarbigen
Lichts beleuchtet.
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Gleichzeitig wird Licht von derselben Lichtquelle als Bezugsbündel
61 auf die Fotoplatte 4 projiziert, um eine holografische Aufnahme zu ermöglichen.
Dann findet Licht einer zweiten Wellenlänge für das Beleuchtungsbündel 32 und das
Bezugsbündel 62 Verwendung. Die Fotoplatte 4 wird in einer horizontalen Richtung
bewegt, damit eine zweite Aufnahme an einer anderen Stelle gegenüber der ersten
Aufnahme erfolgen kann. In diesem Falle wird nur die Fotoplatte 4 bewegt und der
Spalt 5 wird nicht bewegt. Entsprechend wird bei dem Licht mit der dritten Wellenlänge
verfahren, um die Aufnahme durchzuführen. Ein derartiges Hologramm, das durch Anordnung
des Objekts 1 und der Fotoplatte 4 in der vorderen Brennebene bzw. der hinteren
Brennebene hergestellt wird, wird als Fourier-Umwandlungshologamm bezeichnet.
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Für die Rekonstruktion des obigen Hologramms erfolgt eine Beleuchtung
mit einem Bezugsbündel von der gegenüberliegenden Seite (im Vergleich zu der Aufnahme),
wobei dieselbe Anordnung wie in Fig. 3 Verwendung finden kann. Ein Merkmal dieser
Fourier-
Umwandlungshologramme ist darin zu sehen, daß ein rekonstruiertes
Bild in einer gewissen konstanten Lage im Raum hergestellt wird, selbst wenn eine
horizontale Bewegung des Hologramms im Zeitpunkt der Aufnahme und der Rekonstruktion
erfolgt.
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Bei dem dritten Ausführungsbeispiel werden Bildinformationen entsprechend
jeder der Farben räumlich auf der Hologrammoberfläche getrennt, auf Grund des oben
genannten Merkmals des Fourier-Umwandlungshologramms.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel wird der ortsfeste Spalt 5 vor der
Fotoplatte 4 angeordnet, welcher Spalt jedoch wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel
auch beweglich sein kann.
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Ein ohne Linsen hergestelltes Fourier-Umwandlungshologramm kann als
Hologramm mit entsprechenden Eigenschaften wie das Fourier-Umwandlungshologramm
bezeichnet werden. Im Falle eines derartigen Hologramms entsprechend dem 4. Ausführungsbeispiel
in Fig. 6 wird eine punktförmige Lichtquelle 23 für Bezugsbündel in derselben Ebene
wie das Objekt 1 angeordnet. Die holografische Aufnahme erfolgt auf der Fotoplatte
4 in entsprechender Weise wie im Falle des dritten Ausführungsbeispiels in Fig.
5.
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Bei allen vier Ausführungsbeispielen wird das Objekt mit Be1euchtungsbindeln
unter demselben Winkel beleuchtet und die Farbanteilhologramme werden getrennt auf
dem Aufzeichnungsträger aufgenommen. Der Einfallwinkel des Beleuchtungsbündels auf
das Objekt kann jedoch geändert werden. Diese abgewandelte Ausführungsform ist in
Fig. 7 dargestellt.
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Bei dem in Fig. 7 dargestellten fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung
wird ein nicht diEuses Objekt direkt mit drei farbigen Lichtbündeln 251, 252 und
253 mit unterschiedlichen Einfallwinkeln beleuchtet und das von dem Objekt gestreute
Licht fällt getrennt auf die Oberfläche der Fotoplatte 4 auf. Für die Herstellung
von Lichtbündeln mit drei Farben und unterschiedlichen Emfallwinkeln für die Beleuchtung
des Objekts ist es zweckmäßig, ein Beugungsprisma 26 in Fig. 8 oder ein Beugungsgitter
27 zu verwenden.
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Wie aus den obigen Ausführungen hervorgeht, werden Farbanteilhologramme
entsprechend den verschiedenen Farben eines Objekts auf der Hologrammoberfläche
für die Aufzeichnung und die Rekonstruktion von Farbbildern getrennt ausgebildet.
Die Rekonstruktion wird erhalten, indem ein Hologramm entsprechend jeder der Farben
durch ein Farbfilter filtriert wird, oder indem das Hologramm mit Licht einer entsprechenden
Wellenlänge beleuchtet wird. Die Vorteile der Erfindung sind darin zu sehen, daß
ein Farbbild rekonstruiert wird, ohne daß ein Farbfilm benutzt werden muß, und daß
das dreifarbige Licht für die Beleuchtung bei der Rekonstruktion in derselben Richtung
auffällt, so daß es nicht erforderlich ist, die Lage der Farbanteilbilder einzujustieren,
wenn ein Laser zur Erzeugung von drei Farben oder eine entsprechende Einrichtung
Verwendung findet.
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Die obigen Ausführungsbeispiele wurden im Zusammenhang mit der Rekonstruktion
eines positiven Bilds beschrieben. Im Falle der sogenannten Vorbeobachtung durch
das Hologramm findet jedoch das vierte Ausführungsbeispiel der Erfindung Verwendung.
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In diesem Falle wird ein linsenfreies Fourier-Umwandlungshologramm
benutzt. Wie in Fig. 10 dargestellt ist, werden Farbfilter 12, 13 und 14 vor den
Farbanteilhologrammen 291r 292 und 293 dieses Hologramms 28 angeordnet. Die Fotoplatte
des Hologramms 28 wird mit dreifarbigem Licht 11 beleuchtet und das Hologramm 28
und die Farbfilter 12, 13 und 14 werden synchron vibriert, damit farbige Negative
beobachtet werden können.
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Wenn ein dreidimensionales Objekt gemäß der Erfindung farbig aufgenommen
und rekonstruiert wird, werden die Lichtbündel entsprechend den dreifarbigen Bildinformationen
in der Beobachtungsebene getrennt, obwohl sie in dem Rekonstruktionspunkt zusammenfallen,
so daß ein vollständiges Farbbild nicht beobachf tet werden kann, weil die Beobachtungsebene
des rekonstruierten dreidimensionalen Bilds im allgemeinen von dem Rekonstruktionspunkt
entfernt liegt. Aus diesem Grund finden die folgenden Maßnahmen Verwendung. Wie
in Fig. 11 gezeigt ist, sind die streifenförmigen Farbanteilhologramme entsprechend
den drei Farben, die mit den dreidimensionalen Informationen gespeichert werden,
die
in einer Richtung reduziert sind, in derselben Richtung angeordnet,
wie die dreidimensionalen Informationen reduziert sind, und das Hologramm 31 wird
mit Farbfiltern 12,13 und 14 versehen und mit dreifarbigem Licht 11 beleuchtet.
Ein dreidimensionaler Diffusor 33 ist in der Nähe des positiven Bilds 32 in der
Richtung der reduzierten dreidimensionalen Informationen angeordnetr oder wie in
Fig. 13 dargestellt ist, wird ein Fourier-Umwandlungshologramm (oder ein linsenfreies
Fourier-Umwandlungshologramml anstelle des Hologramms in Fig. 11 benutzt, weldies
Hologramm 34 mit Farbfiltern 12, 13 und 14 versehen wird, die mit Licht 11 mit drei
Farben beleuchtet werden. Dann werden das Hologramm 34 und die Farbfilter 12, 13
und 14 synchron vibriert, um den Lichtstrom entsprechend den Bildinformationen der
drei Farben zu vermischen, welche in der Beobachtungsebene getrennt werden, so daß
das dreidimensionale Farbbild 36 durch eine Autokollimations-Rastereinrichtung 35
der dargestellten Art beobachtet werden kann.
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Im Falle einer dreidimensionalen Rastereinrichtung mit Vorzugsrichtung
ist jedoch das rekonstruierte Bild neben der Rastereinrichtung wegen der Streuung
in der einzigen Richtung verdunkelt.
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Im Falle eines Fourier-Umwandlungshologramms liegt der ruhende Bildpunkt
noch in den Steilen auf der Ebene, welche den Bedingungen für die Fourier-Umwandlung
genügt, und die anderen Stellen erfahren eine geringe Bewegung, um eine Bildverdunkelung
zu verursachen. Deshalb können die besten Resultate erzielt werden, wenn die Erfindung
für ein nahezu planares Objekt Verwendung findet.
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Für die Rekonstruktion von dreidimensionalen Farbbildern gemäß dem
Verfahren der Erfindung kann das zusammengesetzte (synthetische)Hologramm, das durch
die dreidimensionalen Bilder gebildet wird, besonders vorteilhaft sein, wie in Fig.
14 dargestellt ist.
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Bei dem Ausführungsbeispiel in Fig. 14 wird ein Bildelement eines
Films 38, auf dem dreidimensionale Bildelemente 371 372 und 373 mit unterschiedlichen
Parallaxen aufgenommen
sind, wird mit einem Laserbundel beleuchtet.
Das positive Bild wird auf der Diffusorplatte 39 durch eine Linse 22 abgebildet.
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Mit dem auf die Diffusorpiatte projizierten Hologramm des Bilds erfolgt
eine Hologrammaufzeichnung durch Anordnung des Spalts 5 vor der Fotoplatte 4, wobei
der Spalt jedesmal bewegt wird, wenn die Bildelemente des Films 38 geändert werden.
Ein derartiges Hologramm, das von planar-dreidimensionalen Bildelementen erzeugt
wird, wird als synthetisches Hologramm bezeichnet. Jedes dreidimensionale Bild,
das von diesem Hologramm rekonstruiert wird, wird in derselben Ebene rekonstruiert,
so daß derartige Hologramme sehr nützlich für die Aufnahme von Farbbildern und deren
Rekonstruktion mit dem Verfahren gemäß der Erfindung sind.
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Patentansprüche