基于数字全息技术的金属表面三维形貌再现研究

发布时间：2020-04-08 08:12

【摘要】：基于数字全息的测量技术可以对物体表面的三维结构信息进行无损、高精度的定量分析,是实现现代精密零件表面轮廓测量的一项重要手段。但该技术利用相比全息干板较小尺寸的光电转换器件记录全息图,所采集的数字全息图记录范围小、分辨率低,严重限制了数字全息在大范围高精密测量领域的应用。本文首先从原理上对影响数字全息测量精度的因素进行了分析,得出了记录过程中离轴数字全息在光斑尺寸及视场尺寸一定的条件下的最佳物参角及最短记录距离。根据离轴数字全息再现原理,利用频域滤波对全息图去噪,达到了再现结果的分辨率要求。然后针对相位变化过快以及噪声等问题对相位数值重建产生的影响,提出了基于二阶质量权的四向剪切相位解包裹算法,并对算法进行了优化,通过仿真实验证明优化后的算法不仅有效抑制了噪声和改善了因相位突变导致的欠采样问题,而且提高了算法本身的稳定性。由于记录全息图的光电转换器件尺寸有限,离轴数字全息去噪是以损失再现像的分辨率或视角为代价的。为了在离轴数字全息的基础上实现大视场和较高分辨率的测量,提出了基于块匹配的相位拼接与融合算法,实现了镜面物体的大范围高精度测量。并针对该算法对金属物体表面被测物匹配成功率低的问题,对原有的相位拼接融合算法进行了改进,提出了基于块匹配的相位纹理拼接与融合算法,该算法利用相位纹理特征进行匹配,有效抑制了散斑噪声的干扰,提高了拼接算法的匹配成功率。最后,根据理论设计搭建了离轴菲涅耳数字全息实验系统,对系统测量结果的坐标进行了标定,并进行了以下实验:(1)对粗糙度仪标准块进行了测量,测得Ra值与标准样块标称值的最大偏差为0.008μm;(2)对钢制量块标识进行了三维形貌再现,实现了较大范围的金属表面三维形貌再现。
【图文】：

图4.10两幅子全息图拼接与融合再现图

标准台阶段差片
【学位授予单位】：中国计量大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O438.1;TP391.41

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本文编号：2619111