本文關(guān)鍵詞：數(shù)字全息的相位處理技術(shù)及其應(yīng)用研究　出處：《昆明理工大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)與光敏電子成像器件技術(shù)的進(jìn)步,數(shù)字全息術(shù)在過去20年的時(shí)間里獲得了快速的發(fā)展,已被廣泛應(yīng)用于三維顯示、三維形貌測量和變形與應(yīng)力分析等領(lǐng)域。數(shù)字全息所測量的物理量通常是由相位給出的,這就使得相位處理技術(shù)成為數(shù)字全息的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù),然而實(shí)際測量中噪聲和位錯等的存在,使得相位處理變得十分困難。本文對數(shù)字全息的相位處理技術(shù)進(jìn)行了較深入的研究,并將數(shù)字全息干涉法應(yīng)用于透明物體測量及材料損傷斷裂分析,主要工作和結(jié)論如下:1.本文提出了兩種相位解包裹算法,一種是改進(jìn)的基于最小二乘和迭代的相位解包裹算法(PULSI),另一種是基于最小二乘、迭代和相位梯度校正的解包裹算法(CPULSI)。將兩種算法應(yīng)用于含有散斑噪聲的模擬和實(shí)驗(yàn)相位圖的解包裹,并與其他幾種經(jīng)典的相位解包裹算法進(jìn)行對比,結(jié)果表明,PULSI算法在較低散斑噪聲環(huán)境下的計(jì)算速度最快,而CPULSI算法在較高散斑噪聲環(huán)境下的處理能力最強(qiáng)、計(jì)算精度最高,其計(jì)算速度也比其他幾種適用于高噪聲相位圖的解包裹算法要快。2.針對含有較高散斑噪聲的相位數(shù)據(jù),本文提出了兩種同時(shí)進(jìn)行解包裹和降噪處理的方法,第一種是先用窗口傅里葉變換濾波對相位圖進(jìn)行降噪,再采用PULSI算法進(jìn)行解包裹(WFTF+PULSI);第二種是先用CPULSI算法對相位圖解包裹,再采用中值濾波對解包裹相位進(jìn)行降噪(CPULSI+MedF)。應(yīng)用數(shù)值模擬相位圖和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證,結(jié)果顯示,WFTF+PULSI方法的計(jì)算精度和計(jì)算效率都要優(yōu)于CPULSI+MedF方法。3.針對相位圖中存在的位錯現(xiàn)象,本文提出基于二階相位梯度對位錯進(jìn)行檢測與掩模處理的方法,并結(jié)合PULSI算法和基于插值的圖像修復(fù)算法對相位圖進(jìn)行恢復(fù)。將該方法應(yīng)用于數(shù)值模擬相位圖與全息流體測量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的相位恢復(fù),并與其它幾種圖像修復(fù)方法進(jìn)行對比,證明了該方法具有較高的相位恢復(fù)精度和計(jì)算速度。4.針對相位圖中同時(shí)存在高散斑噪聲和位錯的復(fù)雜情況,本文提出了一種魯棒的處理方法:首先使用WFTF對相位圖進(jìn)行降噪處理,再應(yīng)用二階相位梯度對位錯進(jìn)行檢測與掩模處理,然后用PULSI算法解包裹,最后采用插值方法對位錯區(qū)域進(jìn)行恢復(fù)(WMPI方法)。將該方法應(yīng)用于模擬相位圖的處理,并與其它幾種方法進(jìn)行對比,結(jié)果表明,對于同時(shí)含有較高散斑噪聲和位錯的復(fù)雜相位圖,WMPI方法一種魯棒的、高精度的、快速的相位恢復(fù)方法。5.將本文所提的相位處理方法應(yīng)用于透射式數(shù)字全息干涉測量系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了對帶孔有機(jī)玻璃薄板的應(yīng)力-光學(xué)常數(shù)、應(yīng)力場和變形場的定量測量,與彈性力學(xué)經(jīng)典理論解和已有文獻(xiàn)結(jié)果進(jìn)行對比,驗(yàn)證了該方法的可行性。6.應(yīng)用該系統(tǒng)測量了硬質(zhì)夾雜物的應(yīng)力場和兩個圓形空洞夾雜物之間的干涉應(yīng)力場。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,圓形硬質(zhì)夾雜物與空洞夾雜物剛好相反,其應(yīng)力集中區(qū)域出現(xiàn)在與加載方向平行的直徑的兩極,是易產(chǎn)生損傷的區(qū)域。該結(jié)果與Cu/WCp復(fù)合材料的SEM原位拉伸實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合較好。兩個圓形空洞夾雜物之間的干涉應(yīng)力場與夾雜物的分布形式有關(guān),當(dāng)夾雜物中心連線與加載方向垂直時(shí),夾雜物之間的干涉使夾雜物中間出現(xiàn)高應(yīng)力區(qū),裂紋容易在空洞夾雜物之間產(chǎn)生,并連接兩個空洞夾雜物。當(dāng)夾雜物中心連線與加載方向平行時(shí),兩個夾雜物中間區(qū)域應(yīng)力降低,而相對于單個空洞夾雜物和兩個空洞夾雜物連線方向與拉力垂直的情況,最大拉應(yīng)力也有所降低,對材料有保護(hù)作用。7.應(yīng)用該系統(tǒng)測量了有機(jī)玻璃薄板內(nèi)Ⅰ型裂紋尖端的應(yīng)力場和應(yīng)力強(qiáng)度因子KI,給出了測量應(yīng)力強(qiáng)度因子KI的方法。應(yīng)用CPULSI算法成功實(shí)現(xiàn)了對高散斑噪聲相位圖的解包裹,得到了裂紋尖端的應(yīng)力場,并由應(yīng)力場計(jì)算得到了不同載荷下的KI,所得結(jié)果與KI理論值進(jìn)行對比,誤差較小,證明了應(yīng)用數(shù)字全息干涉法進(jìn)行材料損傷斷裂分析的可行性。
[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 .

【學(xué)位授予單位】：昆明理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：O438.1

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本文編號：1424372