ВИЗУАЛИЗА́ЦИЯ ИЗОБРАЖЕ́НИЙ
-
Рубрика: Физика
-
Скопировать библиографическую ссылку:
ВИЗУАЛИЗА́ЦИЯ ИЗОБРАЖЕ́НИЙ, получение видимых изображений пространственного распределения невидимых электромагнитных излучений, потоков заряженных и нейтральных частиц, звуковых, тепловых, электрич., магнитных и др. полей. При этом яркость и цвет каждого элемента видимого изображения однозначно соответствуют пространственному распределению плотности мощности излучения или др. физич. параметров (температуры, напряжённости, давления и пр.). Наряду с непосредственным визуальным наблюдением используют и др. методы регистрации и цифровой обработки оптич. изображений, в т. ч. с применением компьютера.
В. и. даёт важную информацию о форме, внутр. структуре, месторасположении исследуемых объектов, невидимых с помощью обычных оптич. устройств из-за сильного поглощения излучения окружающей средой, недостаточного различия оптич. характеристик этих сред и объектов и т. п. В. и. позволяет также определить пространственно-временны́е характеристики (угловую направленность, фазу, спектр) источников невидимых излучений и полей (напр., ИК-лазеров, генераторов СВЧ-излучения и др.). В. и. необходима и для восстановления обычных оптич. (или иных) изображений, передаваемых на дальние расстояния в системах телевидения и радиолокации.
Из-за большого различия коэф. поглощения, рассеяния и отражения для видимого излучения и для невидимых электромагнитных волн (радио-, ИК-, СВЧ-, УФ-, гамма-излучений), для потоков микрочастиц, звуковых волн визуализированные изображения существенно отличаются от обычных видимых изображений. Это различие связано не только с типом излучения, но и с методом визуализации. Однако ко всем визуализирующим устройствам предъявляются одинаковые требования, поскольку полученные с их помощью изображения должны быть согласованы с осн. характеристиками человеческого глаза: пороговой и контрастной чувствительностью, динамич. диапазоном, пространственным и временны́м разрешениями.
Для В. и. обычно используются разл. виды люминесценции: фото-, рентгено-, катодо-, хемилюминесценции. Однако качество изображений при такой визуализации не очень высокое по яркости свечения (<100 кд/м2), пространственному разрешению (<10 мм–1) и общему количеству независимых элементов изображения (<104), что не позволяет в полной мере использовать предельные возможности человеческого зрения. Наиболее высокое качество В. и. обеспечивают катодолюминесцентные экраны совр. цветных телевизоров, в которых промежуточные электронные изображения преобразуются в видимые, близкие по яркости и цвету исходным оптич. изображениям.
Успешно развиваются др. способы В. и., особенно в ИК-области излучения. Наиболее высокие чувствительность (до 10–11 Вт/см2) и пространственное разрешение (≈30 мм–1) обеспечивают электронно-оптич. преобразователи и приборы ночного видения. В этих устройствах первичные ИК-изображения с помощью фотокатодов преобразуются в электронные изображения, которые усиливаются за счёт ускорения электронов в электрич. поле и визуализируются на катодолюминесцентном экране. В дальней ИК-области для В. и. используются тепловизоры (см. Тепловидение), у которых пороговая чувствительность доходит до 10–7 Вт/см2, что соответствует разности температур отд. участков этих объектов до 0,05–0,1 К при относительно высоком пространственном (>10 мм–1) и временнóм (< 0,1 с) разрешениях. Конечные изображения (напр., лицо или др. части человеческого тела) можно представить в условных цветах, соответствующих определённым температурам. В том же спектральном диапазоне используются менее чувствительные, но более дешёвые фотоприёмные устройства с холестерич. жидкими кристаллами, а также фотохромные материалы. В ближайшей ИК-области применяются методы нелинейной оптики (параметрич. преобразование изображения из ИК-области в видимую), а также голографич. методы.
В ядерной физике для визуализации траекторий заряженных частиц высоких энергий (>100 МэВ) применяются различные трековые детекторы частиц. В электрофотографии для визуализации электростатических полей на поверхности полупроводников или диэлектриков используют заряженные частицы красящего вещества, создающие скрытое фотоизображение. Магнитные поля визуализируют с помощью железных опилок или в поляризованном свете на основе Керра эффекта. Для визуализации механических напряжений в разл. объектах используют поляризованный свет (метод фотоупругости) и метод голографической интерферометрии. Визуализацию аэро- и гидродинамических потоков осуществляют с помощью интерференционных, люминесцентных и теневых методов. Методы визуализации ультразвука основаны на деформации поверхностного рельефа жидкостей, дифракции света на ультразвуке, тепловом воздействии ультразвуковых волн на жидкие кристаллы и др.