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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