基于数字全息的工件表面检测

论文摘要

数字全息是光学全息、光电成像技术及计算机技术相结合的产物。数字全息术利用电藕合器件CCD代替传统光学全息中用来记录全息图的银盐干板,利用计算机编程对CCD记录下的离散数字全息图进行数字再现,实现了全息图记录、存储和再现全过程的数字化,省掉了传统光学全息复杂的再现过程,不但加快了全息图的再现时间,而且可以直接利用成熟的数字图像处理技术对再现图像进行图像处理,使得再现结果更加便于观察和后续研究。本文从理论分析、实验和计算机仿真三个方面对数字全息技术进行了初步研究,主要完成了以下工作:首先,介绍了光学全息术和数字全息技术的基本原理和相关理论,对数字全息记录的条件、数值重现算法、以及相关的数字图像处理方法经行了详尽的理论分析。其次,完成了计算全息的仿真模拟,对图像预处理展开了研究讨论,经过处理后的干涉图像信号增强。最后,本文从数字全息的实验入手,对金属球的形貌进行了初步检测分析,并对小球进行了全息再现。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 引言
• 1.1 全息的出现和发展
• 1.2 全息干涉测量
• 1.3 数字全息技术
• 1.3.1 数字全息技术的概念
• 1.3.2 数字全息技术的研究进展
• 1.4 本论文的研究意义
• 1.5 数字图像处理技术应用背景
• 1.6 本章小节
• 2 数字全息理论基础
• 2.1 全息的基本理论
• 2.1.1 波前记录
• 2.1.2 波前再现
• 2.1.3 重现像的位置
• 2.2 傅里叶变换
• 2.2.1 二维连续傅里叶变换
• 2.2.2 二维离散傅里叶变换
• 2.2.3 快速傅里叶变换
• 2.2.4 线性调频Z 变换（CZT）
• 2.3 利用衍射球面波理论再现物场
• 2.3.1 衍射的球面波理论
• 2.3.2 菲涅耳衍射的数值计算
• 2.2.3 再现像面的空间分辨率和横向分辨率
• 2.4 利用衍射平面波理论再现物场
• 2.4.1 衍射的平面波理论
• 2.4.2 数字全息图的记录和再现
• 2.5 数字全息中消除零级衍射光及背景噪声的常用方法
• 2.5.1 相移法
• 2.5.2 数字加减法
• 2.5.3 全息图减平均值法
• 2.5.4 频谱滤波法
• 2.6 利用计算机模拟全息记录和再现
• 2.6.1 利用MATLAB 语言实现光波波前
• 2.6.2 全息记录与再现模拟
• 2.7 本章小结
• 3 全息图像预处理
• 3.1 干涉条纹的形成原理及性质
• 3.1.1 光学干涉原理
• 3.1.2 干涉条纹数学形式与特征
• 3.2 干涉图像的平滑滤波处理算法
• 3.3 干涉图像直方图均衡算法
• 3.4 本章小结
• 4 数字全息用于金属球形貌检测
• 4.1 实验光路
• 4.2 实验过程
• 4.3 实验结果
• 4.4 实验分析
• 4.5 本章小结
• 5 总结和展望
• 5.1 本文的工作总结
• 5.2 数字全息技术的应用前景
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表论文情况