Implementation of 2-D Incoherent Imaging using Hilbert Transform based on Two-Pupil Optical Heterodyne Scanning System

The Hilbert transform, which has been hitherto discussed in coherent imaging, is for the first time investigated in the context of incoherent imaging. Because the Hilbert transform of the information is superposed coherently with the original light field. We present a two-pupil optical heterodyne scanning system and analyze mathematically the design of its two pupils such that the optical system can perform the Hilbert transform on incoherent objects. In this paper, we review and formulate the definition of an analytic signal of a function and from which we can obtain the Hilbert transform of the function. and we analyze the design of pupils so as to obtain the Hilbert transform and show some 2-D simulations. Computer simulation results of the idea clarify the theoretical results.

Two-Pupil 광학 헤테로다인 스캐닝 시스템 기반의 힐버트 변환을 활용한 2-D 인코히어런트 이미징 구현

지금까지의 힐버트 변환은 대부분 코히어런트 이미징에서만 활용되어 왔을 뿐 인코히어런트 이미징에 대해서는 그 적용이 미비했다. 본래의 광원 영역에서는 인코히어런트 물체의 힐버트 변환이 일정하게 중첩되는 문제가 발생하기 때문이다. 본 논문에서는 음이 아닌 강도(intensity) 분포 함수의 합성을 수행함으로써 인코히러언트 이미징의 문제점을 보완한 two-pupil 시스템을 적극 활용하여 코히어런트 이미징 대비 낮은 노이즈 특성, 물체의 위상 변화에 대한 강건함, 유연한 필터의 설계 등의 장점을 극대화한다. 제안하는 이미징 방식은 공간영역에서 광학 전달 함수를 분할하여 필터링한 후 인코히어런트 물체의 힐버트 변환을 수행한다. 이를 바탕으로 광학 시스템에서의 두 pupil을 수학적으로 분석하고 디자인하여 two-pupil 광학 헤테로다인 스캐닝 시스템을 구현할 수 있다. 모의실험을 통해 제안하는 시스템을 바탕으로 2-D 홀로그램을 도출함으로써 인코히어런트 이미징에서도 힐버트 변환의 적용이 유효함을 확인할 수 있다. 또한 복소홀로그램의 복원을 통해 힐버트 변환만을 이용한 홀로그램에 비해 공간 영역에서 선명도가 개선된 홀로그램 영상도 획득할 수 있다.