数字光学测量技术和应用PDF电子书下载

第1章 数字图像处理 1

1.1 简介 1

1.2 傅里叶光学分析 2

1.2.1 频域传递响应 4

1.2.2 相机传递函数的理想特性 9

1.2.3 采样和图像重建 15

1.3 数字复原滤波器 20

1.3.1 反卷积核的生成 21

1.3.2 有用的窗函数 29

1.3.3 使用快速傅里叶变换进行复原 30

1.4 局部区域对比度增强 34

1.4.1 热成像仪的LACE算法 37

1.4.2 反射成像仪的LACE算法 43

1.5 小结 45

参考文献 46

第2章 干涉法光学表面检测 47

2.1 干涉仪基本原理 47

2.1.1 光的波性质使得干涉成为可能 47

2.1.2 表面测量干涉仪类型 53

2.2 商业干涉仪 56

2.2.1 商业干涉仪概述 56

2.2.2 附加功能和附件 60

2.2.3 曲率半径测量 62

2.3 采用商业干涉仪测量平面和球面的实际问题 62

2.3.1 搭建硬件并对准 62

2.3.2 软件设置 64

2.3.3 校准 65

2.3.4 处理数据 68

2.3.5 测量不确定度的估计 69

2.4 非球面的测量 71

2.4.1 非球面的定义及类型 71

2.4.2 非球面零位测试的配置 73

2.5 使用计算机生成的全息图进行非球面测量 75

2.5.1 CGH干涉仪的工作原理 76

2.5.2 CGH的设计 79

2.5.3 CGH的制造 80

2.5.4 CGH测试的对准 82

2.5.5 数据削减 83

2.5.6 误差分析 85

参考文献 87

第3章 相移干涉测量法 88

3.1 干涉仪方程 88

3.2 三帧法 92

3.3 四帧法 95

3.4 最小二乘算法 98

3.5 Carré算法 101

3.6 Hariharan法 102

3.7 相移步进算法设计 104

3.8 相移步进技术及应用 108

3.8.1 机械步进 108

3.8.2 光栅方法 111

3.8.3 基于Pancharatnam相位的方法 114

3.8.4 空间方法 118

参考文献 121

第4章 数字全息成像的系统方法及其在干涉测量中的应用 124

4.1 介绍 124

4.2 记录数字全息图 125

4.3 数字全息方法中的数值重建 128

4.3.1 基于卷积法的重建 128

4.3.2 基于菲涅耳近似的重建 129

4.3.3 可变放大倍率的数值重建 136

4.4 抑制DC项 139

4.5 降低CCD上的空间频率内容 141

4.5.1 通过使用发散透镜减小CCD阵列上的物体角度 141

4.5.2 通过使用小孔减小CCD上的物体角度 142

4.6 数字全息干涉测量 143

4.6.1 变形测量 144

4.6.2 折射率分布的研究 151

4.6.3 振动测量 153

4.6.4 物体形貌测量 154

4.7 小结 156

参考文献 157

第5章 数字散斑图案干涉测量 160

5.1 介绍 160

5.2 散斑基本原理 161

5.2.1 客观散斑分布 162

5.2.2 主观散斑分布 163

5.3 散斑干涉测量 166

5.4 散斑干涉测量的相位恢复 172

5.4.1 运用傅里叶变换进行相位估计 173

5.4.2 利用相移作为相位估计量化工具 177

5.5 相位展开处理 179

5.6 实验测量的光学结构 183

5.6.1 对面外位移敏感的干涉仪 183

5.6.2 对面内位移敏感的干涉仪 187

5.6.3 对径向面内位移敏感的干涉仪 191

5.6.4 对位移导数敏感的干涉仪 198

5.7 小结 201

5.8 致谢 202

参考文献 202

第6章 数字图像相关法 209

6.1 简介 209

6.2 二维数字图像相关法 211

6.2.1 试件制备和图像采集 211

6.2.2 基本原理和概念 213

6.2.3 运用数字图像相关法测量位移场 222

6.2.4 使用逐点最小二乘法估算应变场 230

6.2.5 二维数字图像相关法在应变测量中的应用 232

6.3 三维数字图像相关法 236

6.3.1 基本原理和概念 236

6.3.2 双目立体视觉系统标定法 237

6.3.3 立体视觉匹配 239

6.3.4 三维轮廓重建和变形计算 241

6.3.5 三维数字图像相关法在形貌和变形测量中的应用 242

6.4 结论和后续工作 249

参考文献 249

第7章 数字条纹投影轮廓测量 255

7.1 简介 255

7.2 方法的原理 255

7.2.1 三角测量法 255

7.2.2 条纹投影 257

7.2.3 相位估算 259

7.2.4 相位标定 266

7.3 方法的应用 268

7.3.1 线扫描和条纹投影 268

7.3.2 质量导向的相位展开 270

7.3.3 多频条纹投影 271

7.3.4 载波相位消除 273

7.3.5 360°条纹投影 273

7.4 结论 276

参考文献 276

第8章 数字光弹 278

8.1 简介 278

8.2 光弹基础 278

8.2.1 双折射 278

8.2.2 延迟片 279

8.2.3 应力-光学定律 279

8.2.4 传统光弹的光学装置 280

8.3 琼斯运算 281

8.3.1 运用琼斯运算进行平面偏光镜分析 283

8.4 传统光弹中的条纹轮廓 283

8.5 模型材料标定 285

8.6 数字条纹倍增技术 288

8.7 数字条纹细化技术 289

8.8 光弹中的相移技术 291

8.8.1 通用平面偏光镜和圆偏光镜透射光强度 292

8.8.2 相移技术发展简史 294

8.8.3 利用强度信息估计光弹性参量 295

8.8.4 数字光弹的复杂性 297

8.8.5 等倾线估计 299

8.8.6 光弹中的相位图 300

8.8.7 包裹相位图中的不一致区和歧义区 301

8.8.8 展开技术 302

8.8.9 等倾线展开技术 303

8.8.10 等倾线的平滑技术 307

8.8.11 等色线的展开 308

8.8.12 十步法小结 310

8.9 彩色图像处理技术 310

8.9.1 各种偏光镜装置的白光透射光强 311

8.9.2 TFP、RTFP和窗口搜索方法 312

8.9.3 颜色适应 315

8.9.4 阵面推进扫描法 316

8.10 数字反射光弹 320

8.10.1 五步法 320

8.11 一些应用 322

8.11.1 RTFP在估计瞬态热应力强度因子中的作用 322

8.11.2 数字光弹在玻璃残余应力测量中的作用 325

8.12 结论 328

问题 329

参考文献 331

第9章 数字粒子图像测速技术 334

9.1 数字粒子图像测速技术原理简介 334

9.2 预备知识：流体运动 335

9.3 单次曝光查询体对的三维互相关数字粒子图像测速的数学分析 337

9.3.1 数字粒子图像测速信号 338

9.3.2 单次曝光查询体对的三维互相关数字粒子图像测速分析 343

9.3.3 数字互相关函数中的查询体期望速度确定 348

9.4 通过共置不同尺寸查询体互相关数字粒子图像测速来增大速度动态范围 352

参考文献 357

第10章 光纤传感器 360

10.1 简介 360

10.2 从数据中提取信息：几个简要示例 364

10.2.1 单探头传感器：光谱分析 364

10.2.2 单探头传感：处理光纤陀螺 367

10.2.3 分布式传感 371

10.2.4 复用系统 375

10.3 可重复性、可靠性和可维护性 376

10.4 未来展望 378

10.5 总结 380

10.6 致谢 381

参考文献 381

第11章 光学相干层析成像：原理、实现及在眼科中的应用 384

11.1 简介 384

11.1.1 什么是光学相干层析成像？ 384

11.1.2 光学相干层析成像技术与眼科 385

11.2 光学相干层析成像技术 386

11.2.1 人眼成像需求 386

11.2.2 时域光学相干层析成像和傅里叶域光学相干层析成像 387

11.2.3 傅里叶域光学相干层析成像技术原理 389

11.2.4 光谱域光学相干层析成像和扫频光学相干层析成像 393

11.2.5 傅里叶域光学相干层析成像的干涉仪设计 394

11.2.6 波长选取 396

11.2.7 分辨力和色散 398

11.2.8 SNR和灵敏度 400

11.3 光学相干层析成像技术在眼科中的应用 403

11.3.1 眼后段成像 404

11.3.2 眼前段成像 408

11.4 结论 410

参考文献 411