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基于数字全息技术的物体三维形貌研究

宋佩勇  
【摘要】:数字全息技术是计算机技术和传统光学全息相结合的产物,与传统光学全息不同,数字全息图的记录和再现采用数字化过程,简化传统光学全息记录和再现,数字全息技术能够较为方便地获取物体的振幅信息和相位信息,而相位信息是恢复物体三维形貌的重要参数。 本文主要研究基于数字全息技术的物体三维形貌恢复和全景重构。根据物体形貌的分辨率和尺寸不同,恢复技术分为微观物体三维形貌恢复和宏观物体三维形貌恢复。本文采用双波长光学解包裹技术实现微观物体的形貌恢复,采用相位解包裹算法恢复宏观物体形貌,并结合四步相移、相位解包裹和图像拼接技术实现物体全景重构。 本文系统研究了基于双波长光学解包裹技术的物体形貌恢复。详细介绍数字全息成像、双波长形貌测量技术的基本原理,并与单波长数字全息技术进行对比,结果表明双波长光学解包裹技术具有测量范围大、算法简单等优势。实验论证了双波长光学解包裹技术在微观物体形貌恢复上的准确性和实用性。 本文深入研究了基于掩膜和傅里叶变换相位解包裹算法的基本原理,该算法是在传统傅里叶变换相位解包裹的基础上进行了改进,引入掩膜算法,增加对相位边界和噪声的处理;结合实验对比了基于掩膜和傅里叶变换解包裹算法与其他相位解包裹算法,结果表明基于掩膜和傅里叶变换相位解包裹算法,能够提高信噪比和运算速度。 本文结合数字全息、四步相移、相位解包裹算法和图像拼接技术实现物体全景重构。通过计算机模拟和实验分别实现三维物体全景重构,获取物体360°信息,验证了基于四步相移数字全息技术在三维物体全景重构方面的可行性和实用性。


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