数字全息法测量三维形貌的研究-论文.pdf

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1、《激光杂志》20。}息法测量篓{ll(v01．34．N。．．20)33数字全息法测量三维形貌的研究曾贞，于佳，王惠萍，杨宇，王金城(中国海洋大学信息科学与工程学院，山东青岛26610o)提要：从理论和实验上研究了数字全息用于表面形貌测量的问题。记录采用离轴反射式数字全息系统，再现利用菲涅尔再现算法，然后对再现像使用快速相位解包裹算法，得到物体的三维形貌。实验结果表明，数字全息法可以有效的得到物体的三维形貌。关键词：数字全息；菲涅尔算法；相位解包裹中图分类号：．1文献标识码：A文章编号：0253一43(20l3)05—0033—02Ⅳ【e嬲珊．iIulree—dimensi

2、onaltopographybydigitalholographicme~odZENGZhen．YUJia，WANGHui—ping。YANGYu。WANGJin—eheng(CollegeofInformationScienceandEngineering。OceanUniversityofChina，Qin~ao，Shandong，266100，China)Abstract：Wedoresearchonthedigitalholographicusedinsurfacemeasurementproblemfromthetheoreticalandexperimenta

3、lstudy．Byusingoff—axisdigitalholographicreflectingimagingsystemandtheFresnelrepresentationalgorithm，onthebasisoffastFouriertransformalgcrithm，andobtainthethree—dimensionaltopographyinformation．TheexperimentalresultsshowsthatdigitalholographicmethodCangetthethree—dimensionalofanobjectmorph

4、ologyefectively．Keywords：digitalholography；theFresnelrepresentationalgorithm；phaseunwrapping1967年Goodman等发明了数字全息技术【，数字全息技寸为×△y，则采样后的数字全息图表示为：术是在传统光学全息基础上，结合电子技术、计算机技术以，(m，n)=，(，y)rect(≠L，)及图像处理技术发展起来的一种新型全息技术[2-4l。它以xlJCCD等光电耦合器件取代传统干版记录全息图，由计算机以(—m△，Y—n3)(3)，，n—Nm—M，2数字的形式全息图进行再现。与传统光学全息

5、技术相比，数1．2数字全息的再现字全息技术具有诸多优势J，通过记录全息图，获取相位设计算机模拟的再现光为C(m，n)，全息面处得到的数图，可以准确快速地反映物体表面三维形貌特征。与其他三字再现的波前为：维形貌测量方法相比，数字全息具有简单、快捷、分辨率高等1(m，)=，(m，n)C(m，n)=C10I+CII+CR0优点。数字全息术是记录获取三维目标物体并测量其形状、+CRO(4)大小、速度、位移、变形及扰动的有力工具之一J，有同轴和再现波前的传播由菲涅尔衍射方法计算，得出在距离全离轴两种。同轴全息系统放宽了对记录物体的尺寸和记录息面d’处的再现像面’，Y’面上再现像分布

6、为：距离的要求，但是原始像，共轭像和零级像串扰，离轴全息系)=exp[(r22+)]统可以有效解决这个问题，本论文采用全息记录、菲涅尔再现算法、基于傅里叶变换的相位解包裹算法，得到了物体的×(m,n)exp{者((m2a2x+n△；)]一(柑+，)]}(5)三维形貌。其中r=一M／2，⋯M／2，s=一N／2⋯，N／2，和△，，为1原理再现像面的采样间隔。由式(3)可得再现像光场的强度和相位分布分别是：1．1数字全息图的获取，(r，s)=I(r，s)1(6)用单位振幅平面光波垂直照明物体，傍轴近似下，根据菲涅耳衍射积分公式【I10l，可得CCD平面上物光场分布可=arcta

7、n[](7)用公式(1)表示为：目前数字全息再现的常用算法有三种¨卜HJ：菲涅尔算法，卷积算法和角谱算法。本文采用菲涅耳算法。，y)=exp[(y2)]o『』：(x0,Yo)全息面的光场到距离为2处的像平面的光场u(2，Y2)exp[k(20+)]×exp[，．27r(嬲一。+yyo)3d*ody。可以通过衍射积分计算得，作菲涅耳近似，得到菲涅耳变换(1)公式：假设参考光为R(，Y)，则全息面接收到的光强为：“(z，Yz)=旦兰jj，(，y)r*(，y)，(，Y)：10(，Y)+R(，Y)1=0(，Y)0(，Y)+R(，Y)R