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基于数字全息技术的物体三维形貌研究

作　者: 宋佩勇
导　师: 冯少彤
学　校: 南京师范大学
专　业: 光学工程
关键词: 数字全息双波长光学解包裹相位解包裹三维形貌恢复全景重构
分类号: O438.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

数字全息技术是计算机技术和传统光学全息相结合的产物,与传统光学全息不同,数字全息图的记录和再现采用数字化过程,简化传统光学全息记录和再现,数字全息技术能够较为方便地获取物体的振幅信息和相位信息,而相位信息是恢复物体三维形貌的重要参数。本文主要研究基于数字全息技术的物体三维形貌恢复和全景重构。根据物体形貌的分辨率和尺寸不同,恢复技术分为微观物体三维形貌恢复和宏观物体三维形貌恢复。本文采用双波长光学解包裹技术实现微观物体的形貌恢复,采用相位解包裹算法恢复宏观物体形貌,并结合四步相移、相位解包裹和图像拼接技术实现物体全景重构。本文系统研究了基于双波长光学解包裹技术的物体形貌恢复。详细介绍数字全息成像、双波长形貌测量技术的基本原理,并与单波长数字全息技术进行对比,结果表明双波长光学解包裹技术具有测量范围大、算法简单等优势。实验论证了双波长光学解包裹技术在微观物体形貌恢复上的准确性和实用性。本文深入研究了基于掩膜和傅里叶变换相位解包裹算法的基本原理,该算法是在传统傅里叶变换相位解包裹的基础上进行了改进,引入掩膜算法,增加对相位边界和噪声的处理；结合实验对比了基于掩膜和傅里叶变换解包裹算法与其他相位解包裹算法,结果表明基于掩膜和傅里叶变换相位解包裹算法,能够提高信噪比和运算速度。本文结合数字全息、四步相移、相位解包裹算法和图像拼接技术实现物体全景重构。通过计算机模拟和实验分别实现三维物体全景重构,获取物体360°信息,验证了基于四步相移数字全息技术在三维物体全景重构方面的可行性和实用性。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-6
目录  6-8
第一章绪论  8-15
  1.1 研究背景  8-12
    1.1.1 微观物体形貌恢复的研究  8-11
    1.1.2 宏观物体形貌恢复的研究  11-12
  1.2 本课题的研究意义  12-13
  1.3 本文完成工作  13-15
第二章基于双波长光学解包裹技术的相位物体形貌恢复研究  15-31
  2.1 引言  15
  2.2 双波长光学解包裹基本原理  15-20
    2.2.1 数字全息成像基本原理  15-18
    2.2.2 双波长数字全息形貌测量原理  18-20
  2.3 实验与结果分析  20-25
    2.3.1 实验装置  21-22
    2.3.2 实验结果与分析  22-25
  2.4 双波长光学解包裹技术在烟雾颗粒测量中的应用  25-30
  2.5 本章小结  30-31
第三章基于掩膜和傅里叶变换解包裹算法的物体形貌恢复研究  31-46
  3.1 引言  31
  3.2 相位解包裹算法原理  31-35
    3.2.1 傅里叶变换解包裹算法原理  33-34
    3.2.2 基于掩膜和傅里叶变换的相位解包裹算法  34-35
  3.3 模拟全息图实验结果及分析  35-43
    3.3.1 行列解包裹算法实验结果  36-37
    3.3.2 区域增长解包裹算法实验结果  37-38
    3.3.3 傅里叶变换解包裹算法实验结果  38-41
    3.3.4 实验结果分析  41-43
  3.4 基于掩膜和傅里叶变换相位解包裹算法的水滴形貌测量  43-44
  3.5 本章小结  44-46
第四章基于四步相移数字全息技术的物体全景重构研究  46-58
  4.1 引言  46
  4.2 四步相移数字全息三维物体全景重构原理  46-49
    4.2.1 四步相移原理  46-48
    4.2.2 图像拼接技术  48-49
  4.3 三维物体全景重构实验结果及分析  49-57
    4.3.1 三维物体全景重构计算机模拟实验  49-53
    4.3.2 三维物体全景重构实验及结果  53-57
  4.4 本章小结  57-58
第五章结束语  58-60
参考文献  60-64
致谢  64

基于数字全息技术的物体三维形貌研究

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