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水下粒子场数字全息探测方法研究

钟强  
【摘要】: 数字全息术,即数字记录全息图及数字再现全息图,为全息术提供了另一种记录和再现方式。它是以CCD作为记录介质直接记录物场的全息图,并存储于计算机,再以数字方式再现,得到原始物场波前分布。由于其结合了计算机的数字性和光学全息术的三维性等优点,因此,在光测量方面具有很好的应用前景,已广泛的应用于科研、工程、生物医学等领域。粒子场的测试和诊断在许多工程技术及科研领域有着重要的意义,在众多的测试方法中,全息摄影法以其不干扰流场,测量粒子尺寸范围大、拍摄景深大、可再现三维粒子场信息以及分辨率高等优点得到了广泛的应用。 本论文根据数字全息术的特点,提出将数字全息技术应用到水下粒子场探测领域。围绕这个内容,本文从理论分析、计算机模拟和实验三个方面对其进行了初步的研究,主要完成了以下工作: 1.介绍了传统的光学全息术和数字全息技术的基本原理,建立了数字全息图记录和数值再现的数学模型,对数字全息的数值重现算法以及相关的数字图像处理方法进行了详尽的理论分析。分析了水下环境对全息记录所带来的影响,对数字全息进行水下全息探测的优点进行了介绍。 2.给出两种不同的数值再现思路,即菲涅耳变换法和卷积法,完成了数字全息记录及重现程序的编写。对平面物体和理想三维物体的全息图记录及重现过程进行计算机模拟,并对全息图进行了数值重现,然后根据计算机模拟的结果对再现方法进行了验证和改进。 3.讨论了CCD参数对记录条件的限制,并根据水下环境的特点,对水下数字全息探测的实验方案进行了设计。将数字全息技术应用于水下物体的探测,分别进行了水下实物和气泡场的数字全息拍摄实验,并进行了数字再现。 本论文有机地结合了数字全息技术和水下粒子场探测技术,完成了数字全息技术研究中的基础性工作。论文所做的理论分析、计算机模拟和实验为今后数字全息技术进一步的深入研究提供了有益的帮助和借鉴。


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