数字全息的相位处理技术及其应用研究

发布时间：2018-01-14 16:24

本文关键词：数字全息的相位处理技术及其应用研究　出处：《昆明理工大学》2017年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：随着计算机技术与光敏电子成像器件技术的进步,数字全息术在过去20年的时间里获得了快速的发展,已被广泛应用于三维显示、三维形貌测量和变形与应力分析等领域。数字全息所测量的物理量通常是由相位给出的,这就使得相位处理技术成为数字全息的一项关键技术,然而实际测量中噪声和位错等的存在,使得相位处理变得十分困难。本文对数字全息的相位处理技术进行了较深入的研究,并将数字全息干涉法应用于透明物体测量及材料损伤断裂分析,主要工作和结论如下:1.本文提出了两种相位解包裹算法,一种是改进的基于最小二乘和迭代的相位解包裹算法(PULSI),另一种是基于最小二乘、迭代和相位梯度校正的解包裹算法(CPULSI)。将两种算法应用于含有散斑噪声的模拟和实验相位图的解包裹,并与其他几种经典的相位解包裹算法进行对比,结果表明,PULSI算法在较低散斑噪声环境下的计算速度最快,而CPULSI算法在较高散斑噪声环境下的处理能力最强、计算精度最高,其计算速度也比其他几种适用于高噪声相位图的解包裹算法要快。2.针对含有较高散斑噪声的相位数据,本文提出了两种同时进行解包裹和降噪处理的方法,第一种是先用窗口傅里叶变换滤波对相位图进行降噪,再采用PULSI算法进行解包裹(WFTF+PULSI);第二种是先用CPULSI算法对相位图解包裹,再采用中值滤波对解包裹相位进行降噪(CPULSI+MedF)。应用数值模拟相位图和实验数据进行验证,结果显示,WFTF+PULSI方法的计算精度和计算效率都要优于CPULSI+MedF方法。3.针对相位图中存在的位错现象,本文提出基于二阶相位梯度对位错进行检测与掩模处理的方法,并结合PULSI算法和基于插值的图像修复算法对相位图进行恢复。将该方法应用于数值模拟相位图与全息流体测量实验数据的相位恢复,并与其它几种图像修复方法进行对比,证明了该方法具有较高的相位恢复精度和计算速度。4.针对相位图中同时存在高散斑噪声和位错的复杂情况,本文提出了一种鲁棒的处理方法:首先使用WFTF对相位图进行降噪处理,再应用二阶相位梯度对位错进行检测与掩模处理,然后用PULSI算法解包裹,最后采用插值方法对位错区域进行恢复(WMPI方法)。将该方法应用于模拟相位图的处理,并与其它几种方法进行对比,结果表明,对于同时含有较高散斑噪声和位错的复杂相位图,WMPI方法一种鲁棒的、高精度的、快速的相位恢复方法。5.将本文所提的相位处理方法应用于透射式数字全息干涉测量系统,实现了对带孔有机玻璃薄板的应力-光学常数、应力场和变形场的定量测量,与弹性力学经典理论解和已有文献结果进行对比,验证了该方法的可行性。6.应用该系统测量了硬质夹杂物的应力场和两个圆形空洞夹杂物之间的干涉应力场。实验结果表明,圆形硬质夹杂物与空洞夹杂物刚好相反,其应力集中区域出现在与加载方向平行的直径的两极,是易产生损伤的区域。该结果与Cu/WCp复合材料的SEM原位拉伸实验结果吻合较好。两个圆形空洞夹杂物之间的干涉应力场与夹杂物的分布形式有关,当夹杂物中心连线与加载方向垂直时,夹杂物之间的干涉使夹杂物中间出现高应力区,裂纹容易在空洞夹杂物之间产生,并连接两个空洞夹杂物。当夹杂物中心连线与加载方向平行时,两个夹杂物中间区域应力降低,而相对于单个空洞夹杂物和两个空洞夹杂物连线方向与拉力垂直的情况,最大拉应力也有所降低,对材料有保护作用。7.应用该系统测量了有机玻璃薄板内Ⅰ型裂纹尖端的应力场和应力强度因子KI,给出了测量应力强度因子KI的方法。应用CPULSI算法成功实现了对高散斑噪声相位图的解包裹,得到了裂纹尖端的应力场,并由应力场计算得到了不同载荷下的KI,所得结果与KI理论值进行对比,误差较小,证明了应用数字全息干涉法进行材料损伤断裂分析的可行性。
[Abstract]:In this paper , we propose two methods to solve the phase diagram of digital holography , which is based on the phase diagram of digital holography and the algorithm of image restoration based on the interpolation . The experimental results show that the stress field and the stress intensity factor KI in the inclusions are very good . The results show that the stress field and the stress intensity factor KI in the inclusions are very good . The results are compared with the theoretical values of KI and the error is less . The feasibility of applying the digital holographic interferometry to the fracture analysis of material damage is proved .

【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：O438.1

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