水下氣泡場(chǎng)數(shù)字全息圖的再現(xiàn)方法研究.pdf

1、數(shù)字全息術(shù),即數(shù)字記錄全息圖及數(shù)字再現(xiàn)全息圖,為全息術(shù)提供了另一種嶄新的記錄和再現(xiàn)方式。它是以CCD作為記錄介質(zhì)直接記錄物場(chǎng)的全息圖,并存儲(chǔ)于計(jì)算機(jī),再以數(shù)字方式再現(xiàn),得到原始物場(chǎng)波前分布。由于其結(jié)合了計(jì)算機(jī)的數(shù)字性和光學(xué)全息術(shù)的三維性等優(yōu)點(diǎn),因此,在光測(cè)量方面具有很好的應(yīng)用前景,已廣泛的應(yīng)用于科研、工程、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。粒子場(chǎng)的測(cè)試和診斷在許多工程技術(shù)及科研領(lǐng)域有著重要的意義,在眾多的粒子場(chǎng)測(cè)試方法中,全息攝影法以其不干擾水體,拍攝景

2、深大、可再現(xiàn)三維粒子場(chǎng)信息以及分辨率高等優(yōu)點(diǎn)得到了廣泛的應(yīng)用。
　　 本論文根據(jù)數(shù)字全息術(shù)的特點(diǎn),提出將數(shù)字全息技術(shù)應(yīng)用到水下粒子場(chǎng)探測(cè)領(lǐng)域。圍繞這個(gè)內(nèi)容,本文從理論分析、具體實(shí)驗(yàn)和計(jì)算機(jī)再現(xiàn)三個(gè)方面對(duì)其進(jìn)行了初步的研究,主要完成了以下工作:
　　 1.介紹了傳統(tǒng)的光學(xué)全息術(shù)和數(shù)字全息技術(shù)的基本原理和各自的特點(diǎn)。探討了水下環(huán)境對(duì)氣泡場(chǎng)探測(cè)帶來的影響以及數(shù)字全息相對(duì)于光學(xué)全息在水下氣泡場(chǎng)探測(cè)方面的優(yōu)勢(shì)。同時(shí)介紹了水下氣泡場(chǎng)

3、探測(cè)的研究背景和國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀。
　　 2.建立了數(shù)字全息圖記錄和數(shù)字再現(xiàn)的數(shù)學(xué)模型,對(duì)數(shù)字全息中的數(shù)字再現(xiàn)算法以及相關(guān)的數(shù)字圖像處理方法進(jìn)行了詳盡的理論分析。
　　 3.給出兩種不同的數(shù)字再現(xiàn)思路,即菲涅耳變換法和卷積法,完成了數(shù)字全息記錄及再現(xiàn)程序的編寫。并給出了相應(yīng)的計(jì)算機(jī)再現(xiàn)結(jié)果。同時(shí),研究并討論了全息圖再現(xiàn)過程中應(yīng)用的數(shù)字圖像處理技術(shù)。
　　 4.將數(shù)字全息技術(shù)應(yīng)用于水下氣泡場(chǎng)的探測(cè),進(jìn)行了氣泡場(chǎng)的數(shù)字

4、全息拍攝實(shí)驗(yàn),并對(duì)拍攝得到的全息圖進(jìn)行了數(shù)字再現(xiàn)。
　　 5.對(duì)氣泡場(chǎng)再現(xiàn)全息圖進(jìn)行氣泡的識(shí)別、提取和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)工作。首先,利用閾值提取法消除再現(xiàn)圖中的背景噪聲以便氣泡的識(shí)別；接下來通過邊緣檢測(cè)技術(shù)提取出在焦氣泡,在此過程中,分別采用四種不同的檢測(cè)算子進(jìn)行氣泡提取,選擇出最優(yōu)算法進(jìn)行特征提取。然后,利用掃描法計(jì)算氣泡的粒徑大小,并采用鄰域再現(xiàn)法再現(xiàn)出所有層面的氣泡,最后設(shè)計(jì)程序自動(dòng)統(tǒng)計(jì)氣泡個(gè)數(shù),統(tǒng)計(jì)結(jié)果準(zhǔn)確率達(dá)到91.2％,效果比