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《自主实验课》学习报告课 题：基于CCD的光学干涉计量的_初步实验和理论探究_______学生姓名：________鲁浩东___________学号：_______10111530333_______导师：________柴志方_______ __成员：鲁浩东 钟海峰 胡彩珠 摘要：记录物光波的振幅和相位，并在一定条件下完整再现，则可看到包含物体全部信息的三维像——亦即是光学全息术。近年来，利用光学全息术对物体进行非接触、非破坏、髙精度和高灵敏度的全场检测成为全息术的一个重要应用，被称为全息干涉计量。随着高速数字图像传感器如CCD(Charge-coupled Device)的发展,全息干涉计量得以实现全息图采集的数字化和自动化,为其在振动测量领域的应用奠定了基础。本文对全息图制作方法的优化、干涉条纹中物体空间位置信息的提取以及处理方法进行了初步研究。在全息照相中,通常所采用的是激光波长为632. 8 nm 的氦氖激光器,曝光过程中必须保证拍摄系统的移动不超过干涉条纹间距的1/ 4 ,而课题组所在的高楼层全息照相实验受空气等震动影响较大，成功率较低，这就要求找到提高实验成功率的方法。相位信息采用加窗采样提取像点进行傅里叶变换从而分析提取，窗口傅里叶变换是用于位相提取的有力工具之一,而窗口尺寸是影响窗口傅里叶变换效果的主要因素。对从CCD中所提取的信息加以光衍射再现方面的理论计算，即可复原物体的运动信息。关键词:光学全息术光学干涉计量数字全息振动测量窗口傅里叶变换一、全息图的摄制1、光全息术简介：光全息术是利用光的干涉和衍射原理,将物体反射的特定光波以干涉条纹的形式记录下来,并在一定条件下使其再现,形成与原物体逼真的三维像.由于记录了物体的全部信息(振幅和位相)?,因此称为全息术或全息照相术.?显然,这是一种用光学方法在人的视觉上再现物体三维清晰像的典型技术.?全息照片有许多优异的性质：1）、三维特性：因为全息图记录了物光的相位信息,?再现时,可观察到如同真实物体一样逼真的三维图像。当观察者改变位置时,?可以看到物体后面被挡住的部分,?可以看到逼真的三维图像。2?）、不可撕毁性：因为全息图记录的是物光与参考光的干涉条纹,?所以具有可分割性。它被分割后的任一碎片都能再现完整的被摄物形象,?只是分辨率受到一些影响。?3）、?再现像的缩放性：因衍射角与波长有关,?用不同波长的激光照射全息图,?再现像就会发生放大或缩小。?4?）、信息容量大：同一张全息感光板可多次重复曝光记录,?并能互不干扰地再现各个不同的图像。???? 2、全息光路的改进一激光光源（波长为λ）的光分成两部分：直接照射到底片上的叫参考光；另一部分经物体表面散射的光也照射到干板上，称为物光。参考光和物光在底片上各处相遇时将发生干涉，底片记录的是各干涉条纹叠加后的图像。右图一为常见的全息图像摄制光路，由于物光与参考光夹角较大，对底板、摄制过程中的防震、降噪、光程的调节、光强的调制等要求较高，摄制的成功率较低，难度较大。 在对实验原理的深入了解下，考虑到可以用上图二作为拍摄全息图的改进替代方案，有效解决了光程调节、入射角度、光强调节等较难解决的问题。但由于多次的反射和折射，易造成多次重影的系统误差。3、接收介质的改进本实验的干涉计量部分实验采用CCD接收干涉条纹，与普通全息相比，它具有以下优点：（1）用CCD等图像传感器件记录数字全息图的时间，比用传统全息记录材料全息图所需的曝光时间短得多，因此它能够用来记录物体的各个瞬间状态。曝光时间缩短，对环境的稳定性要求相对减弱。（2）没有繁琐的化学湿处理过程，记录和再现过程都比传统光学全息方便快捷，为实验室处理带来很大方便。CCD的双曝光法研究：传统全息术可以在干板上完成对物体的前后两次曝光，从而保证再现时出现可直接观察的两组衍射光，亦即两个实物再现像的直接比较。而由于CCD的即时曝光特性，实验所用的CCD无法直接实现与干板相同的二次记录功能，故采用以下两种方法进行操作：A、原位摄影法原理为保持镜头位置始终固定，分别记录物体状态改变前后的两张全息图，然后对两张图在计算机上加以模拟参考光入射再现衍射光的方法，进行物体信息的复原，最终通过对比完成对物体信息的完整描述。B、多重曝光法多重曝光（英语：multiple exposure）是摄影中一种采用两次或者更多次独立曝光，然后将它们重叠起来，组成单一照片的技术方法，目前已在许多高端摄像机上有所应用。由于其中各次曝光的参数不同，因此最后的照片会产生独特的视觉效果。多重曝光是一种拍摄技法，不过为了烘托气氛，常常选择这种技法，用不同焦距分两次或多次曝光来表现一张照片难以表现的内容。多重曝光技术一般用来拍摄双影或多影照片。可以说，多次曝光功能是胶片相机时代的产物，在传统的