像面數(shù)字全息測(cè)量相比于其他數(shù)字全息測(cè)量技術(shù),具有記錄簡(jiǎn)單、分辨率高、噪聲低和計(jì)算量小等優(yōu)點(diǎn)。因此廣泛應(yīng)用于微納測(cè)量、生物細(xì)胞分析、粒子成像和跟蹤等領(lǐng)域。像面數(shù)字全息術(shù)有效測(cè)量深度與波長(zhǎng)成正比,當(dāng)其測(cè)量范圍對(duì)應(yīng)光程差超過2?時(shí),將會(huì)產(chǎn)生相位包裹問題。由于解包裹算法將會(huì)對(duì)重建相位帶來不確定誤差,因此,可以利用數(shù)字全息干涉單次曝光法將測(cè)量目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)過程分割成多個(gè)子過程,并對(duì)各個(gè)子過程分別進(jìn)行重建處理,以實(shí)現(xiàn)對(duì)具有較大動(dòng)態(tài)形變物體的快速測(cè)量。本文針對(duì)物體動(dòng)態(tài)形貌測(cè)量的問題。首先,研究了像面數(shù)字全息測(cè)量算法,分析了像面濾波和頻譜濾波兩種濾波方法在全息重建中的差異,并提出了對(duì)宏觀物體測(cè)量的像面數(shù)字全息快速形貌測(cè)量算法;其次,為達(dá)到更加理想的圖像處理速度,結(jié)合GPU建立了GP-GPU像面數(shù)字全息快速處理靜態(tài)庫CLibrary;再次,對(duì)MEMS麥克風(fēng)的振動(dòng)規(guī)律和硅膠薄膜形變運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了研究;最后,建立了數(shù)字全息快速測(cè)量系統(tǒng)。本文主要研究?jī)?nèi)容如下:1、闡述了數(shù)字全息術(shù)波前記錄和波前重建的基本原理,對(duì)數(shù)字顯微像面全息術(shù)的微觀測(cè)量方式進(jìn)行了理論分析,研究了預(yù)放大光路中二次相位畸變補(bǔ)償?shù)膯栴};提出了利用單次曝光... 

【文章來源】：重慶理工大學(xué)重慶市

【文章頁數(shù)】：95 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

離軸全息光路示意圖

像面數(shù)字全息測(cè)量的基本理論11通過后續(xù)的實(shí)驗(yàn)分析了這兩種方法的優(yōu)劣和它們的適用范圍：(a)頻譜濾波法再現(xiàn)首先通過頻譜分離將記錄所得全息圖頻譜中的物光波提取出來，然后利用頻譜濾波窗口將其框選并移動(dòng)至中心并模擬參考光照射，最后對(duì)其衍射到成像面即可得到數(shù)字全息的物光波前為：]])]},([[{[),(FDFyxFyxHR（2.6）式中為衍射傳遞函數(shù)，R表示參考光照射，F(xiàn)表示頻譜分離，角標(biāo)IPF表示頻譜濾波，yxH),(為記錄平面上的干涉條紋分布。(b)像面濾波法再現(xiàn)首先利用均值濾波消除零級(jí)像并與參考光干涉得到記錄平面的復(fù)振幅分布，然后進(jìn)行菲涅爾衍變換得到重建共軛物像，式2.8為菲涅爾衍射公式，并利用像面濾波窗口框選出物像將其移動(dòng)至中心，最后對(duì)其進(jìn)行菲涅爾逆變換并衍射至像平面即可得到數(shù)字全息的物光波前為：]])]]},([[[{[),(1IPFfyxRyxHf（2.7）)(/2/220),(yxzjkeyxf（2.8）式中f與1f分別表示菲涅爾變換與菲涅爾逆變換，角標(biāo)IPF表示像面濾波，0z為菲涅爾衍射距離。在像面全息重建中，由于像平面就是記錄平面，故菲涅爾衍射距離取一較小值（如10mm），使其重建出較為清晰的物像。由于像面濾波在濾波過程中，需重建出清晰的物像，然后利用像面濾波窗口進(jìn)行框選，故像面濾波法可對(duì)物像進(jìn)行部分重建，并且由于重建過程中需要進(jìn)行兩次菲涅爾衍射，則可對(duì)重建物像進(jìn)行隨意的放大與縮校因此，這種方法廣泛的應(yīng)用于細(xì)胞觀測(cè)和MEMS儀器測(cè)量等高精度的物體分析測(cè)量中。(c)兩種濾波方法再現(xiàn)揚(yáng)聲器物光場(chǎng)實(shí)驗(yàn)拍攝揚(yáng)聲器尺寸為20×20mm，因此，利用離軸無透鏡菲涅爾衍射光路拍攝，光路示意圖如圖2.2所示：圖2.2離軸無透鏡菲涅爾衍射光路

重慶理工大學(xué)碩士論文12由圖2.2可以看出，激光經(jīng)He-Ne激光器射出，點(diǎn)光源通過針孔濾波器后形成球面波，并經(jīng)過透鏡成平行光于BS1分束為參考光與物光在BS2合束形成干涉全息圖，最后由CCD相機(jī)記錄。實(shí)驗(yàn)使用波長(zhǎng)為632.8nm的氦氖激光器激光器，CCD為sentech的工業(yè)相機(jī)，型號(hào)為SENTECHSTC-SBS241POE，像元大小為5.86m，記錄距離為770mm。圖2.3為CCD相機(jī)記錄的揚(yáng)聲器干涉全息圖：圖2.3揚(yáng)聲器干涉全息圖基于上述兩種濾波重建方法，分別對(duì)拍攝全息圖進(jìn)行再現(xiàn)。圖2.4為像面濾波法再現(xiàn),其中圖2.4(a)為重建共軛物光場(chǎng)，可以清晰的看出物光的強(qiáng)度圖，由此可知像面濾波法可以非常方便的對(duì)拍攝物體進(jìn)行局部縮小或者放大的強(qiáng)度再現(xiàn)和相位重建，圖2.4(b)為像面濾波法再現(xiàn)。(a)共軛物光場(chǎng)(b)揚(yáng)聲器再現(xiàn)像圖2.4像面濾波法再現(xiàn)

【參考文獻(xiàn)】：
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碩士論文
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本文編號(hào)：3264254