粒子场全息图的再现和图像处理技术研究

论文摘要

在粒子场全息测量系统中,全息再现和数据处理技术主要负责全息图的再现和再现数据的处理以获得粒子场的尺寸分布、位置、粒子数及粒子速度等信息。本文围绕这一目的,开展了深入的理论和实验研究,主要内容如下: 一、阐述了粒子场全息再现和数据处理技术研究的目的和意义,综述了国内外研究现状。理论上讨论了全息照相和再现的基本理论,并提取了一些可用于再现图像处理的基本图像技术。 二、详细讨论了测量粒子场的同轴Fraunhofer全息再现系统组成和各部分的技术参数,建立了一套分辨率小于3μm的全息再现系统。开发了再现数据采集软件,并通过程序控制在国内首次实现了粒子场全息再现图的自动再现和图像采集。该系统已应用于动态粒子场的实验研究中,获得了很好的再现结果。 三、研究了几种图像处理技术在全息再现图像处理中的应用情况,包括灰度拉伸、低通滤波、中值滤波、图像相减等技术。设计了一种保持边缘的低通滤波方法,并通过再现图像减去背景图像的方法去掉了由再现光路和CCD成像系统引入的加性噪声。 四、研究了基于边缘检测的图像分割技术在再现图像中的应用情况,通过使用三种阈值计算方法并加入一个误差校正参数的方法,实现了一种自适应阈值分割方法,在此基础上引入区域生长方法对分割结果进行重新分割,实现了再现图像的自动处理,解决了在图像中同时有密度较大区域和密度较小区域的情况下的图像分割问题。 五、采用将粒子用圆拟合的方法获得直径并与照相时预置的标准丝进行比较,从而获取粒子的物理尺寸,并提出了一种三维粒子场的统计和处理方法。 六、采用7种不同尺寸的光刻标准粒子靶对本文设计的再现系统和图像处理方法的处理精确度进行了实验研究,得到的最大相对不确定度为±14%。

论文目录

• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 论文的编写思路
• 第二章 全息基本理论和几种重要的图像处理方法
• 2.1 同轴Fraunhofer粒子场全息照相的基本理论
• 2.2 同轴全息再现的基本原理
• 2.3 几种基本图像处理方法
• 第三章 同轴全息再现系统建立
• 3.1 前言
• 3.2 同轴全息再现系统建立
• 3.3 再现和图像采集自动控制技术
• 3.4 最佳再现条件研究
• 3.5 本章小结
• 第四章 再现图像的处理技术研究
• 4.1 前言
• 4.2 图像预处理技术
• 4.3 图像分割技术
• 4.4 粒子物理尺寸的获取
• 4.5 三维粒子场处理技术
• 4.6 本章小结
• 第五章 应用情况
• 5.1 静态标准靶标定实验
• 5.2 动态粒子场应用情况
• 第六章 论文总结
• 6.1 同轴全息再现系统建立
• 6.2 再现图像处理技术
• 6.3 不确定度和应用研究情况
• 6.4 本文的创新之处
• 致谢
• 在读期间发表的文章
• 在读期间获奖情况
• 参考文献