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数字相移干涉术中图像处理和波前再现误差的分析及校正算法的研究

刘青  
【摘要】:相移数字全息是将相移干涉技术同数字全息技术相结合的一种光学测量方法.它通过相移干涉的方法记录多幅干涉图,然后利用一定的再现算法计算得到全息图平面上物场的复振幅分布,进而进行实际待测物场的测量.该方法巧妙地消除了全息术中孪生像的干扰,尤其适合数字全息中的同轴记录方式.由于相移数字全息同时具有数字全息的再现过程简单、灵活,便于定性和定量分析的特点及相移干涉的测量精度高,能够实现全场测量的优点,因此受到了广泛地关注和研究. 本文的目的是从理论和实验两方面对该技术进行系统的分析和研究,并在此基础上对存在的一系列问题提出新的算法和新的方法.具体工作如下: 作为实际工作的理论指导,在第二章和第四章中,分别对数字全息和相移干涉技术的基本知识和研究现状进行介绍和评述,包括数字全息中记录和再现的基本理论:全息图再现的各种方法;相移技术的基本原理:相移干涉的实验装置和实现方法,以及不同相移量选取下再现公式的设计方法和已有的各种算法. 相移数字全息中所要处理的对象是由电荷耦合器件(Charge.Coupled Device,CCD)记录的干涉图,而干涉图的图像质量会影响数据分析的准确性.因此第三章介绍了对非均匀、低衬比度的干涉图像进行预处理和条纹信息提取时所用到的图像增强和条纹骨骼化的各种典型方法.并在此基础上,详细介绍了我们提出的一种能够同时实现以上两种功能的新的图像处理方法. 相移数字全息技术的核心是各种相移再现公式,包括:定步长算法、等步长算法、以及依据不同理论提出的任意步长的广义相移干涉术算法.而后者是相移算法研究的一个趋势.第五章中,在对已有的任意步长算法进行总结的基础上.提出了一种基于相位场统计特性进行任意步长相移量求解的新方法和改进方法,并导出了适合任意相移量的三步和四步相移波前再现公式.计算机模拟证明了此方法的正确性. 作为一种精密测量手段.相移技术的最大缺陷是它对各种误差源的敏感性.因此自该技术诞生起,分析各种误差对相移测量结果的影响,利用各种方法对不同误差源引起的波前再现误差进行校正一直是相移技术研究领域的研究重点之一.我们发现以往的工作都只停留在对全息图记录面上再现的相位场的测量误差进行分析.


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