基于GPU的粒子場全息圖像再現(xiàn)技術研究.pdf

1、隨著科技的發(fā)展，在噴霧、醫(yī)療、環(huán)保、燃料燃燒、石油、冶金、材料、航天航空等涉及到粒子材料的領域經(jīng)常需要測量粒子的形狀和大小等信息，粒子場測量對工業(yè)生產，人類日常生活需求都有重要的研究意義。
　　現(xiàn)有的傳統(tǒng)光學全息技術化學處理時間長，全息圖再現(xiàn)過程復雜，因此，本課題利用數(shù)字全息將傳統(tǒng)光學全息與數(shù)字圖像處理技術相結合，在計算機中對全息圖像進行再現(xiàn)處理的優(yōu)勢，結合 GPU的并行加速算法的特點，來實現(xiàn)實時、高效的重建粒子場的目的。所以，本

2、課題的研究工作主要圍繞以下幾點內容展開：
　　1．研究了粒子場全息技術的基本原理，詳細介紹了粒子場全息術波前記錄和波前再現(xiàn)的系統(tǒng)光路圖和基本原理。以光衍射理論為基礎，對三種常用的全息圖像再現(xiàn)算法：菲涅爾衍射法、卷積法和角譜法進行了研究。并在計算機中對三種再現(xiàn)算法進行了2D稀疏粒子場和密集粒子場再現(xiàn)的模擬論證。證實了課題采用的角譜再現(xiàn)算法存在的優(yōu)勢。
　　2．研究了GPU上對圖像的加速算法，其中包括圖像的預處理算法、快速傅立葉

3、變換法和相位解包裹算法。為抑制全息圖采集過程中噪聲對全息圖像的影響，采用中值濾波或均值濾波算法來對全息圖像進行處理。同時，選擇用質量圖引導的相位解包裹算法來恢復再現(xiàn)圖像的相位信息。通過對每一種算法在CPU和GPU上的實驗對比，來證實了GPU的并行計算方法有效提高了圖像的處理速度。最后，用角譜法在GPU上對粒子全息圖像進行了再現(xiàn)處理的實驗驗證，證明了同軸全息粒子場用角譜再現(xiàn)算法在 GPU上進行再現(xiàn)處理的可行性和高效性。
　　3．研究

4、了實驗的整體處理過程，以蝦卵全息圖像的再現(xiàn)處理過程為例，通過對全息圖像進行預處理后，用角譜再現(xiàn)算法分別對其進行再現(xiàn)處理，將兩幅再現(xiàn)像相減，來去除蝦卵再現(xiàn)像的背景噪聲。實驗證明了數(shù)字全息技術的再現(xiàn)處理算法具有快速、準確、便于再現(xiàn)等優(yōu)點。
　　4．研究了全息圖像再現(xiàn)處理系統(tǒng)的軟件實現(xiàn)平臺，運用Visual Studio2010開發(fā)環(huán)境和Windows7操作系統(tǒng)開發(fā)了一套用于光學圖像處理的實驗程序，并設計了人機交互界面，方便全息圖像的預