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数字全息术用于三维物场重建方法的研究

徐莹  
【摘要】: 数字全息术是一种新型的全息成像技术,具有广泛的应用范围。其中数字无透镜傅里叶变换全息术具有更突出的优点,因此在微结构的形貌及形变测量方面具有很强的应用前景。本文从理论和实验两方面详细探讨了数字无透镜傅里叶变换全息术的原理及其在全息干涉计量方面的应用。主要内容包括: (1)讨论了数字无透镜傅里叶变换全息术数值重建的数学基础——离散傅里叶变换的基本理论,分析了数字无透镜傅里叶变换全息图记录与再现的基本原理,建立了数字无透镜傅里叶变换全息图记录与再现的数学模型。根据标量衍射理论,讨论了利用菲涅耳衍射公式对数字无透镜傅里叶变换全息术的数值实现,并进一步讨论了CCD参数对数字全息图记录的限制条件。利用MATLAB语言编写了相应的程序,对实验记录的无透镜傅里叶变换全息图进行数值处理,清晰再现出了物场,验证了理论的正确性。 (2)从实验上讨论了利用数字无透镜傅里叶变换全息术数值再现全息图的具体过程。分别针对透明物场、反射物场和大物场进行了数字记录与再现,获得了较好的再现结果。分析了衍射像分离条件对再现像的影响,并对直接再现像和经过数字图像处理后的再现像进行了比较,证明了数字全息术的优势。讨论了数字全息干涉术的基本原理,并利用数字无透镜傅里叶变换全息干涉计量术分别测量了材料的泊松比和加载铝板的离面位移,详细分析了影响测量材料泊松比实验结果精度的主要因素及解决途径,取得了较为满意的结果。 (3)针对无透镜傅里叶变换全息图数值再现的特点提出了一套图像处理算法,包括全息图预处理、再现图像的带通与V型滤波,再现像的平滑处理,以及再现像叠加平均等算法。实验结果表明,这几种算法在全息图数值再现中有很好的效果。同时指出相比于以往的图像处理方法,高通滤波处理、再现图像的带通与V型滤波及小波滤波具有更大的优势。


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