数字全息波面重建的特殊算法及材料应力场的数字全息检测

数字全息检测的应用研究中，高质量重建物光场是基本的研究内容。由于CCD面阵尺寸与被检测物体投影尺寸通常有较大差异，为让CCD最大限度获取物光信息，让CCD尽可能接近检测物体或让物光通过不同放大率的光学系统到达CCD是必要措施。但是，经典的衍射公式主要适用于物体与CCD间无光学变换系统的波面重建计算，其中最常用的菲涅耳衍射积分是衍射的傍轴近似解，在许多情况下其使用受到限制。本课题对经典衍射公式以及广义衍射理论公式在数字全息中的应用进行研究。研究适用于近距离检测、物光通过光学系统到达CCD的检测、以及多波长照明检测情况下统一放大率波面重建的特殊算法。同时，将研究工作与材料应力场的数字全息前期检测研究相结合，对效率较低且需要破坏试件才能完成检测的传统全息光弹技术进行改造，研究成效率较高，性能显著优于传统全息光弹的二维及三维应力场数字全息无损检测系统。

数字全息检测的应用研究中，高质量重建物光场是基本的研究内容。经典的衍射公式主要适用于物体与CCD间无光学变换系统的波面重建计算，其中最常用的菲涅耳衍射积分是衍射的傍轴近似解，在许多情况下其使用受到限制。.在国家自然科学基金支持下，课题组通过三年来的努力，对经典衍射公式以及广义衍射理论公式在数字全息中的应用进行研究。获得了近距离、物光通过光学系统等条件下的数字全息波面重建算法，并得到了较好的结果，在数字全息波面重建的理论上取得了重要的突破。同时，对基于多波长的彩色数字全息及检测系统相关理论进行了研究，理论上解决了彩色数字全息多波长带来的问题，得到了统一放大率的可变放大率算法，为实现多波长实时检测应用奠定了理论基础。同时为提高数字全息重建像质量进行了相应的研究工作，获得了无任何干扰的，可以任意区域物光场进行高质量重建的算法。在获得的相关理论成果基础上，对数字全息在应力场和形变场检测中的实际应用进行初步研究。完成了二维应力场的数字全息检测实验，建立了能为三维应力场检测服务的彩色数字全息系统。借助于国际合作，实现了三维物体表面形变及流体力学湍流分布的检测。.相关研究成果不但形成20多篇研究论文在国内外重要学术期刊发表（SCI索引10篇，EI索引10篇），在全国学术会议进行过特邀报告，在国内重要学术期刊发表了邀请论文，而且建立了与法国数字全息专家，缅因大学PICART教授的科研合作。项目负责人与法国合作者合作撰写了法文版“数字全息”专著，于2012年在法国巴黎出版。由于本研究项目涉及的衍射计算及数字全息是信息光学的重要内容，针对国内信息光学教材中衍射数值计算介绍较少的现状，项目负责人将衍射计算及数字全息的研究成果编入信息光学教材，形成能为国内本科生及研究生教学服务的教材《信息光学教程》，由北京科学出版社2011年出版，在国内有较好反响。