基于GPU的粒子場全息圖像再現(xiàn)技術(shù)研究.pdf

1、隨著科技的發(fā)展，在噴霧、醫(yī)療、環(huán)保、燃料燃燒、石油、冶金、材料、航天航空等涉及到粒子材料的領(lǐng)域經(jīng)常需要測量粒子的形狀和大小等信息，粒子場測量對工業(yè)生產(chǎn)，人類日常生活需求都有重要的研究意義。
　　現(xiàn)有的傳統(tǒng)光學(xué)全息技術(shù)化學(xué)處理時(shí)間長，全息圖再現(xiàn)過程復(fù)雜，因此，本課題利用數(shù)字全息將傳統(tǒng)光學(xué)全息與數(shù)字圖像處理技術(shù)相結(jié)合，在計(jì)算機(jī)中對全息圖像進(jìn)行再現(xiàn)處理的優(yōu)勢，結(jié)合 GPU的并行加速算法的特點(diǎn)，來實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、高效的重建粒子場的目的。所以，本

2、課題的研究工作主要圍繞以下幾點(diǎn)內(nèi)容展開：
　　1．研究了粒子場全息技術(shù)的基本原理，詳細(xì)介紹了粒子場全息術(shù)波前記錄和波前再現(xiàn)的系統(tǒng)光路圖和基本原理。以光衍射理論為基礎(chǔ)，對三種常用的全息圖像再現(xiàn)算法：菲涅爾衍射法、卷積法和角譜法進(jìn)行了研究。并在計(jì)算機(jī)中對三種再現(xiàn)算法進(jìn)行了2D稀疏粒子場和密集粒子場再現(xiàn)的模擬論證。證實(shí)了課題采用的角譜再現(xiàn)算法存在的優(yōu)勢。
　　2．研究了GPU上對圖像的加速算法，其中包括圖像的預(yù)處理算法、快速傅立葉

3、變換法和相位解包裹算法。為抑制全息圖采集過程中噪聲對全息圖像的影響，采用中值濾波或均值濾波算法來對全息圖像進(jìn)行處理。同時(shí)，選擇用質(zhì)量圖引導(dǎo)的相位解包裹算法來恢復(fù)再現(xiàn)圖像的相位信息。通過對每一種算法在CPU和GPU上的實(shí)驗(yàn)對比，來證實(shí)了GPU的并行計(jì)算方法有效提高了圖像的處理速度。最后，用角譜法在GPU上對粒子全息圖像進(jìn)行了再現(xiàn)處理的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，證明了同軸全息粒子場用角譜再現(xiàn)算法在 GPU上進(jìn)行再現(xiàn)處理的可行性和高效性。
　　3．研究

4、了實(shí)驗(yàn)的整體處理過程，以蝦卵全息圖像的再現(xiàn)處理過程為例，通過對全息圖像進(jìn)行預(yù)處理后，用角譜再現(xiàn)算法分別對其進(jìn)行再現(xiàn)處理，將兩幅再現(xiàn)像相減，來去除蝦卵再現(xiàn)像的背景噪聲。實(shí)驗(yàn)證明了數(shù)字全息技術(shù)的再現(xiàn)處理算法具有快速、準(zhǔn)確、便于再現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)。
　　4．研究了全息圖像再現(xiàn)處理系統(tǒng)的軟件實(shí)現(xiàn)平臺(tái)，運(yùn)用Visual Studio2010開發(fā)環(huán)境和Windows7操作系統(tǒng)開發(fā)了一套用于光學(xué)圖像處理的實(shí)驗(yàn)程序，并設(shè)計(jì)了人機(jī)交互界面，方便全息圖像的預(yù)