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像面数字全息测量相比于其他数字全息测量技术,具有记录简单、分辨率高、噪声低和计算量小等优点。因此广泛应用于微纳测量、生物细胞分析、粒子成像和跟踪等领域。像面数字全息术有效测量深度与波长成正比,当其测量范围对应光程差超过2?时,将会产生相位包裹问题。由于解包裹算法将会对重建相位带来不确定误差,因此,可以利用数字全息干涉单次曝光法将测量目标的运动过程分割成多个子过程,并对各个子过程分别进行重建处理,以实现对具有较大动态形变物体的快速测量。本文针对物体动态形貌测量的问题。首先,研究了像面数字全息测量算法,分析了像面滤波和频谱滤波两种滤波方法在全息重建中的差异,并提出了对宏观物体测量的像面数字全息快速形貌测量算法;其次,为达到更加理想的图像处理速度,结合GPU建立了GP-GPU像面数字全息快速处理静态库CLibrary;再次,对MEMS麦克风的振动规律和硅胶薄膜形变运动进行了研究;最后,建立了数字全息快速测量系统。本文主要研究内容如下:1、阐述了数字全息术波前记录和波前重建的基本原理,对数字显微像面全息术的微观测量方式进行了理论分析,研究了预放大光路中二次相位畸变补偿的问题;提出了利用单次曝光法解决全息图重建过程中产生相位包裹的问题;并对频谱滤波与像面滤波两种滤波方法进行了理论研究。针对李建毅等人提出的微振动快速测量算法量程小的缺点,提出了一种像面数字全息快速形貌测量算法,增大了算法的量程,使之不仅仅局限于微观测量。2、研究了CUDA的图像处理算法,阐述了并行计算的基本原理,以Visual Studio2013为平台,建立了基于CUDA的GP-GPU像面数字全息快速处理静态库CLibrary,包括:数字显微像面全息算法,像面数字全息快速测量算法与频谱滤波和像面滤波两种滤波方法。3、开展了基于CUDA的像面数字全息动态测量研究。分析了MEMS麦克风的力学模型,利用基于CLibrary的像面数字全息算法对MEMS麦克风的运动规律进行了研究,分析了算法的测量精度,对比了频谱滤波与像面滤波两种滤波方法的差异;利用像面数字全息快速测量算法对硅胶薄膜的变化情况进行了分析,计算了算法的测量误差;展示了基于GPU的重建算法相比于传统CPU的重建算法在性能上的优势,其中频谱滤波重建算法最大处理速度达到43fps,像面数字全息快速测量算法最大加速比达到306.5。4、建立了数字全息动态形变测量系统。系统硬件部分包括预放大菲涅尔离轴衍射光路、高速相机和以tesla K80为计算核心的工作站。软件部分为基于CUDA与Visual Studio2013的GP-GPU像面数字全息快速处理静态库CLibrary和以MATLAB为平台建立的数字全息交互式界面。