反投影滤波重建功能材料梯度折射率模拟分析-论文.pdf

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1、15060助材料2014年第15期(45)卷文章编号：1001—9731(2014)15—15060—05反投影滤波重建功能材料梯度折射率模拟分析周文静，李海鹏，韩冰(上海大学精密机械工程系，上海20O072)摘要：开展功能材料梯度折射率分布反投影滤波数字全息技术与层析重建算法的结合即为数字全息层重建效果及其最小折射率分辨率的模拟分析。为提高析重建技术，其显著特点是能实现被测物的内部特征折射率重建分辨率，选取适用于多投影方向的滤波反参数的无损、全局性检测，如非均匀物质内部的密度、投影算法，分别分析了轴向梯度变化

2、及径向梯度变化折射率或结构重建等，可为功能梯度材料梯度特性的的两类功能材料梯度折射率重建效果，相同模拟条件全局性检测提供一种新的手段。为此，本文先期开展下，重建误差均约为19／6；同时也模拟分析了上述两类基于滤波反投影重建算法，实现功能材料梯度折射率梯度折射率的最小分辨率，模拟结果表明，当投影量保重建的模拟分析。分析思路为利用180。范围内等角度持为9O不变的情况下，径向梯度变化折射率较轴向梯间距的投影数据实现多功能梯度材料梯度折射率的层度变化折射率重建准确度高，且相邻梯度间隔>0．003析重建，包括不同梯度变

3、化趋势(轴向梯度和径向梯时，重建得到的两种梯度变化趋势的梯度折射率分布度)对重建质量的影响和梯度折射率的最小分辨率。仍然能较好地分辨出其梯度间隔。其目的在于分析反投影滤波重建算法对微小梯度变化关键词：全息层析重建；滤波反投影算法；功能梯度的有效性及灵敏性。针对梯度材料的不同梯度变化方材料；梯度折射率向的有关分析，虽两类材料特性的本质没有区别，但能中图分类号：TB332文献标识码：A为后期数字全息图采集系统的设计提供有效参考。DOI：10．3969／．issn．1001-9731．2014．15．0132滤波反投

4、影层析重建算法及其重建步骤1引言层析重建的原理是基于物体不同方向上获取的投多功能梯度材料(functionallygradientmaterials，影数据来完成重建的_】引。FGM)最初由新野正之等L1日本材料科学家们提出，在重建算法的选择上，由于代数迭代算法在重建该类材料的化学构成、微观结构或原子排列由一侧向结构较为复杂且不具有轴对称分布或者具有多层数据另外一侧呈连续梯度变化，材料的性质和功能也相应分布特点的被测物体时，其重建精度将大为降低，不利地呈连续性梯度变化，从而有利于克服或缓解外在各于被测物梯度折射

5、率的高分辨率重建，因此本文采用类冲击性因素的影响。因此，在航空航天、机械工程、滤波反投影算法(filteredbackprojection，FBP)开展生物工程、光电磁工程、能源及电气工程等领域有着广功能梯度材料梯度折射率重建分析。图1为FBP算泛的应用_2]。材料设计、材料合成和材料表征及性能法投影数据采集示意图。评价是功能梯度材料主要研究内容_7_8_。功能梯度材料关键参数的主要特点就是渐变性或梯度性，目前只能借助形态观测、光谱学或材料的力学性能、热性能等对被测功能材料的表层或断面进行离散采样分析[g]，以

6、此表征材料的梯度特性。但上述检测方式均不能对功能材料内部的梯度分布实现全局性观察。近年逐步发展起来的数字全息测量法适合于微小或显微物体的特征参数检测l_1¨]，该方法虽能一次获得被测物的所有信息，但重建数据仅能表征被测物的表面轮廓或均图1FBP算法投影数据采集示意图匀厚度，若进一步结合层析重建算法，如代数迭代算Fig1SchematicofDataacquisitionontheFBPalgorithm法u纠或滤波反投影算法I1，则能解调出被测物内部的每一个单点值，实现被测物内部参数的数值重建。反投影重建算法的

7、内容可以表述为断层平面中某一点的值可看作这一平面内所有经过该点的投影之和*基金项目：国家自然科学基金青年科学基金资助项目(61107004)；上海市教委创新基金资助项目(12088)收稿日期：2013一10—29收到修改稿日期：2014—04—07通讯作者：周文静，E—mail：lazybee@shu．edu．cn作者简介：周文静(1975一)，女，江西人，副研究员，博士，主要从事数字全息重建技术研究。周义静等：反投影滤波建功能材料梯度折射率模拟分析的平均fff．其方程可表示为i⋯，P，}的反投影重建，获得第1

8、层的折射率分F．：1(6)更新层数”一”+1；(7)得到第”层的折射率分k===二>Pk．．(1)7l1，布F：．若层数#11小于总层数M。则返回(6)，否则重建式巾’表示像素的值．P表示经过像素的第i结束。条投影川为投影射线的数日。另外．为了重建m没有伪迹的图像，需要对投影数3功能材料不同梯度变化趋势重建质量分析据进行预允的滤波处理Ifi!．再利用滤波后的投影数据梯度材料的梯度变化趋