基于像面数字全息的物体动态形变测量研究
发布时间：2021-07-04 06:42
像面数字全息测量相比于其他数字全息测量技术,具有记录简单、分辨率高、噪声低和计算量小等优点。因此广泛应用于微纳测量、生物细胞分析、粒子成像和跟踪等领域。像面数字全息术有效测量深度与波长成正比,当其测量范围对应光程差超过2?时,将会产生相位包裹问题。由于解包裹算法将会对重建相位带来不确定误差,因此,可以利用数字全息干涉单次曝光法将测量目标的运动过程分割成多个子过程,并对各个子过程分别进行重建处理,以实现对具有较大动态形变物体的快速测量。本文针对物体动态形貌测量的问题。首先,研究了像面数字全息测量算法,分析了像面滤波和频谱滤波两种滤波方法在全息重建中的差异,并提出了对宏观物体测量的像面数字全息快速形貌测量算法;其次,为达到更加理想的图像处理速度,结合GPU建立了GP-GPU像面数字全息快速处理静态库CLibrary;再次,对MEMS麦克风的振动规律和硅胶薄膜形变运动进行了研究;最后,建立了数字全息快速测量系统。本文主要研究内容如下:1、阐述了数字全息术波前记录和波前重建的基本原理,对数字显微像面全息术的微观测量方式进行了理论分析,研究了预放大光路中二次相位畸变补偿的问题;提出了利用单次曝光...
【文章来源】：重庆理工大学重庆市
【文章页数】：95 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
离轴全息光路示意图
像面数字全息测量的基本理论11通过后续的实验分析了这两种方法的优劣和它们的适用范围：(a)频谱滤波法再现首先通过频谱分离将记录所得全息图频谱中的物光波提取出来，然后利用频谱滤波窗口将其框选并移动至中心并模拟参考光照射，最后对其衍射到成像面即可得到数字全息的物光波前为：]])]},([[{[),(FDFyxFyxHR（2.6）式中为衍射传递函数，R表示参考光照射，F表示频谱分离，角标IPF表示频谱滤波，yxH),(为记录平面上的干涉条纹分布。(b)像面滤波法再现首先利用均值滤波消除零级像并与参考光干涉得到记录平面的复振幅分布，然后进行菲涅尔衍变换得到重建共轭物像，式2.8为菲涅尔衍射公式，并利用像面滤波窗口框选出物像将其移动至中心，最后对其进行菲涅尔逆变换并衍射至像平面即可得到数字全息的物光波前为：]])]]},([[[{[),(1IPFfyxRyxHf（2.7）)(/2/220),(yxzjkeyxf（2.8）式中f与1f分别表示菲涅尔变换与菲涅尔逆变换，角标IPF表示像面滤波，0z为菲涅尔衍射距离。在像面全息重建中，由于像平面就是记录平面，故菲涅尔衍射距离取一较小值（如10mm），使其重建出较为清晰的物像。由于像面滤波在滤波过程中，需重建出清晰的物像，然后利用像面滤波窗口进行框选，故像面滤波法可对物像进行部分重建，并且由于重建过程中需要进行两次菲涅尔衍射，则可对重建物像进行随意的放大与缩校因此，这种方法广泛的应用于细胞观测和MEMS仪器测量等高精度的物体分析测量中。(c)两种滤波方法再现扬声器物光场实验拍摄扬声器尺寸为20×20mm，因此，利用离轴无透镜菲涅尔衍射光路拍摄，光路示意图如图2.2所示：图2.2离轴无透镜菲涅尔衍射光路
重庆理工大学硕士论文12由图2.2可以看出，激光经He-Ne激光器射出，点光源通过针孔滤波器后形成球面波，并经过透镜成平行光于BS1分束为参考光与物光在BS2合束形成干涉全息图，最后由CCD相机记录。实验使用波长为632.8nm的氦氖激光器激光器，CCD为sentech的工业相机，型号为SENTECHSTC-SBS241POE，像元大小为5.86m，记录距离为770mm。图2.3为CCD相机记录的扬声器干涉全息图：图2.3扬声器干涉全息图基于上述两种滤波重建方法，分别对拍摄全息图进行再现。图2.4为像面滤波法再现,其中图2.4(a)为重建共轭物光场，可以清晰的看出物光的强度图，由此可知像面滤波法可以非常方便的对拍摄物体进行局部缩小或者放大的强度再现和相位重建，图2.4(b)为像面滤波法再现。(a)共轭物光场(b)扬声器再现像图2.4像面滤波法再现
【参考文献】：
期刊论文
[1]浅谈精密测量技术现状及发展[J]. 杨社强. 科技风. 2020(01)
[2]MATLAB在数学建模中的应用[J]. 武文佳. 现代制造技术与装备. 2019(11)
[3]基于参考物镜的数字全息显微相位畸变自动补偿[J]. 马树军,周鹏飞,刘炜华. 东北大学学报(自然科学版). 2019(08)
[4]数字像面全息显微技术的降噪方法[J]. 曾雅楠,卢钧胜,常新宇,刘源,胡晓东,卫勇,王艳艳. 红外与激光工程. 2019(05)
[5]双波长数字全息法测量物体三维形貌[J]. 陈波,白倬宁,赵亚迪,刘鑫. 华北理工大学学报(自然科学版). 2018(04)
[6]数字全息比较法测量铝板的杨氏模量[J]. 严琪琪,陈彦,胡湘,赵昕竹. 大学物理. 2018(10)
[7]基于C语言和MATLAB的混合编程在医学图像处理课程中的应用[J]. 韩婷,刘畅,赵若晗,董默,刘欣. 软件. 2018(10)
[8]数字全息在固体推进剂铝燃烧三维测量中的应用研究[J]. 金秉宁,刘佩进,王志新. 推进技术. 2018(09)
[9]数字全息干涉法测量二元溶液互扩散系数[J]. 张颖,张诗,何茂刚. 化工学报. 2018(09)
[10]基于数字全息的密封平面表面形貌测量及其模型重建[J]. 张小兵,刘海江. 光学学报. 2018(09)
硕士论文
[1]面向CUDA程序的线程放置优化策略研究[D]. 谢根栓.哈尔滨工业大学 2019
[2]钽铌酸钾晶体折射率梯度分布及其温度演化的数字全息干涉计量[D]. 李雪岩.哈尔滨工业大学 2018
[3]CPU-GPU异构平台结构非线性分析软件模块化设计与应用[D]. 李羽.哈尔滨工业大学 2018
[4]计算全息图制作及再现的新方法研究[D]. 霍博华.湖南大学 2016
[5]MEMS纳观摩擦机理研究[D]. 高奇.西安电子科技大学 2007
[6]数字全息图再现像的三维重构[D]. 马利红.浙江师范大学 2005
本文编号：3264254
【文章来源】：重庆理工大学重庆市
【文章页数】：95 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
离轴全息光路示意图
像面数字全息测量的基本理论11通过后续的实验分析了这两种方法的优劣和它们的适用范围：(a)频谱滤波法再现首先通过频谱分离将记录所得全息图频谱中的物光波提取出来，然后利用频谱滤波窗口将其框选并移动至中心并模拟参考光照射，最后对其衍射到成像面即可得到数字全息的物光波前为：]])]},([[{[),(FDFyxFyxHR（2.6）式中为衍射传递函数，R表示参考光照射，F表示频谱分离，角标IPF表示频谱滤波，yxH),(为记录平面上的干涉条纹分布。(b)像面滤波法再现首先利用均值滤波消除零级像并与参考光干涉得到记录平面的复振幅分布，然后进行菲涅尔衍变换得到重建共轭物像，式2.8为菲涅尔衍射公式，并利用像面滤波窗口框选出物像将其移动至中心，最后对其进行菲涅尔逆变换并衍射至像平面即可得到数字全息的物光波前为：]])]]},([[[{[),(1IPFfyxRyxHf（2.7）)(/2/220),(yxzjkeyxf（2.8）式中f与1f分别表示菲涅尔变换与菲涅尔逆变换，角标IPF表示像面滤波，0z为菲涅尔衍射距离。在像面全息重建中，由于像平面就是记录平面，故菲涅尔衍射距离取一较小值（如10mm），使其重建出较为清晰的物像。由于像面滤波在滤波过程中，需重建出清晰的物像，然后利用像面滤波窗口进行框选，故像面滤波法可对物像进行部分重建，并且由于重建过程中需要进行两次菲涅尔衍射，则可对重建物像进行随意的放大与缩校因此，这种方法广泛的应用于细胞观测和MEMS仪器测量等高精度的物体分析测量中。(c)两种滤波方法再现扬声器物光场实验拍摄扬声器尺寸为20×20mm，因此，利用离轴无透镜菲涅尔衍射光路拍摄，光路示意图如图2.2所示：图2.2离轴无透镜菲涅尔衍射光路
重庆理工大学硕士论文12由图2.2可以看出，激光经He-Ne激光器射出，点光源通过针孔滤波器后形成球面波，并经过透镜成平行光于BS1分束为参考光与物光在BS2合束形成干涉全息图，最后由CCD相机记录。实验使用波长为632.8nm的氦氖激光器激光器，CCD为sentech的工业相机，型号为SENTECHSTC-SBS241POE，像元大小为5.86m，记录距离为770mm。图2.3为CCD相机记录的扬声器干涉全息图：图2.3扬声器干涉全息图基于上述两种滤波重建方法，分别对拍摄全息图进行再现。图2.4为像面滤波法再现,其中图2.4(a)为重建共轭物光场，可以清晰的看出物光的强度图，由此可知像面滤波法可以非常方便的对拍摄物体进行局部缩小或者放大的强度再现和相位重建，图2.4(b)为像面滤波法再现。(a)共轭物光场(b)扬声器再现像图2.4像面滤波法再现
【参考文献】：
期刊论文
[1]浅谈精密测量技术现状及发展[J]. 杨社强. 科技风. 2020(01)
[2]MATLAB在数学建模中的应用[J]. 武文佳. 现代制造技术与装备. 2019(11)
[3]基于参考物镜的数字全息显微相位畸变自动补偿[J]. 马树军,周鹏飞,刘炜华. 东北大学学报(自然科学版). 2019(08)
[4]数字像面全息显微技术的降噪方法[J]. 曾雅楠,卢钧胜,常新宇,刘源,胡晓东,卫勇,王艳艳. 红外与激光工程. 2019(05)
[5]双波长数字全息法测量物体三维形貌[J]. 陈波,白倬宁,赵亚迪,刘鑫. 华北理工大学学报(自然科学版). 2018(04)
[6]数字全息比较法测量铝板的杨氏模量[J]. 严琪琪,陈彦,胡湘,赵昕竹. 大学物理. 2018(10)
[7]基于C语言和MATLAB的混合编程在医学图像处理课程中的应用[J]. 韩婷,刘畅,赵若晗,董默,刘欣. 软件. 2018(10)
[8]数字全息在固体推进剂铝燃烧三维测量中的应用研究[J]. 金秉宁,刘佩进,王志新. 推进技术. 2018(09)
[9]数字全息干涉法测量二元溶液互扩散系数[J]. 张颖,张诗,何茂刚. 化工学报. 2018(09)
[10]基于数字全息的密封平面表面形貌测量及其模型重建[J]. 张小兵,刘海江. 光学学报. 2018(09)
硕士论文
[1]面向CUDA程序的线程放置优化策略研究[D]. 谢根栓.哈尔滨工业大学 2019
[2]钽铌酸钾晶体折射率梯度分布及其温度演化的数字全息干涉计量[D]. 李雪岩.哈尔滨工业大学 2018
[3]CPU-GPU异构平台结构非线性分析软件模块化设计与应用[D]. 李羽.哈尔滨工业大学 2018
[4]计算全息图制作及再现的新方法研究[D]. 霍博华.湖南大学 2016
[5]MEMS纳观摩擦机理研究[D]. 高奇.西安电子科技大学 2007
[6]数字全息图再现像的三维重构[D]. 马利红.浙江师范大学 2005
本文编号：3264254
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianzigongchenglunwen/3264254.html
