基于EALCD的数字全息技术研究

来源 :长春理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:liuqingsong835200
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随着计算机技术、图像处理技术、信息光学处理技术的发展,尤其光敏探测器件的日趋成熟,数字全息干涉测试技术已经成为测试领域中的重要方法。全息干涉计测试技术是一种可以对物体的变化过程进行无干预、可视化测量的光学检测方法,具有全场、实时、非接触、条纹对比度好、测量精度高等优点,在物体的不规则位移、形变等方面的研究中,其独特的优点使其具有广阔的应用前景。随着实时测量要求的提出,基于液晶空间光调制器的数字全息干涉测试技术也应运而生,该技术具有数字化、实时化、简单、易实现的特点,是全息干涉测试未来发展的主流方向。  本文设计了基于EALCD和CCD的全息干涉测试系统,并对该系统涉及的相关问题进行了详细的研究,内容覆盖理论研究、光路设计、光学调试、实验论证以及可行性分析等方面,取得了有实用价值的研究成果。  对液晶以及液晶空间光调制器的特性进行了研究。液晶分子作为该系统中关键器件EALCD的主要成分,其性能的优劣直接影响该方法测试效果及测量精度。对液晶的形态进行介绍,对液晶的重要特性,如电光效应、介电各向异性以及电控双折射效应,进行深入研究和分析。对光寻址液晶空间光调制器和电寻址液晶空间光调制器的优缺点分别进行详细介绍,并根据实验条件选定电寻址空间光调制器中的EALCD作为实验器件。  建立了基于EALCD、CCD的全息系统,着重研究采用高分辨率CCD代替传统全息干板进行全息记录,利用EALCD(电寻址液晶)进行全息再现的实验方法,并进行全息显示、全息干涉测试的研究。该系统满足空间带宽积、时间相干性、空间相干性、光强对比度、偏振度以及频谱分离条件等要求,有效提高了干涉条纹的对比度,降低了散斑噪声影响,实现了数字全息干涉术快速、高精度测试。  将EALCD应用于全息干涉术,凭借其易于光电接口、便于读出和写入图像及高衍射效率的特点,使该方法在物体位移、形变测试中快速获得全息干涉图,快速测得物体微小量或形变量,极大的缩短了测试时间,显著提高测试效率。  针对CCD记录的全息干涉图存在一定程度模糊的不足,提出了一种利用Hough变换在图像中检测模糊直线条纹的有效方法。将Hough变换对随机噪声不敏感的特性与Fourier变换的性质相结合,可实现对图形中有相同周期条纹的检测。该方法不针对单一条纹,只识别相同周期条纹的总体特征,能有效避免条纹部分缺失对检测结果的影响,并能快速检测条纹的准确数量。将该方法应用于数字全息干涉图的自动判读,成功实现全息干涉条纹的自动识别和准确计数,不仅避免了图像中条纹灰度不均匀、严重模糊的影响,而且提高了数字全息干涉术的测试精度和效率。  针对目前相移控制器件费用高、操作复杂等不足,提出了一种数字相移方法。并将该方法与全息干涉术相结合,进行了相移全息干涉术的实验研究。应用MATLAB软件,结合图像处理方法,通过对全息干涉条纹精确控制使其定向移动,实现了四步相移,获得四个干涉图。应用四步相移法原理和相位去包裹方法,最终成功求得物体变形引起的三维位相差,实现物体变形的三维测试。实验表明,该方法不仅简化了全息干涉测试的光学装置,避免传统相移器件相移精度低、容易造成相移误差的缺点,且操作简单,测试精度高,其精度容易达到1/10波长。
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