基于GPU的载波干涉图像快速再现技术研究

摘要

载波干涉数字全息技术由于具有非接触、无需对样品做特殊处理、尤其可通过一幅干涉图完成成像再现等优点，已经成为了广泛应用于物体表面三维形貌测量的重要方法。相位再现是载波干涉数字全息的关键环节，但因为此过程复杂耗时，导致再现过程通常是离线处理，进而无法满足实时在线测量的需求。因此，如何能够提高载波干涉数字全息技术的实时性，是国内外研究人员近年来的研究重点，具有重要的学术价值和实际意义。
　　本课题“基于GPU的载波干涉图像快速再现技术研究”，针对载波干涉技术测量厚相位物体—相位超出（-π,π）的范围的物体时的再现速度慢的问题，分析研究利用有、无样品干涉图相除技术实现包裹相位恢复和基于离散余弦变换（DCT）的最小二乘法实现相位的解包裹来实现厚相位物体的快速再现。在此基础上，将再现过程移植于GPU中进行基于通用并行计算架构的并行化实现，以期实现再现过程的实时性。该研究内容为载波干涉数字全息技术的进一步发展提供了新的方法，有着广阔的应用前景。
　　本课题的主要研究内容如下：
　　本文从载波干涉数字全息技术的基本理论入手，重点分析载波干涉图的生成原理、相位恢复及解包裹原理，进而确定利用有、无样品干涉图相除技术实现包裹相位恢复，利用基于离散余弦变换（DCT）的最小二乘法实现相位的解包裹，以为载波干涉图像快速再现提供依据，并通过仿真和实验分析验证了所用方法的有效性和可行性。
　　在确定了算法移植到GPU平台上的可行性后，对载波干涉图像的再现过程进行并行化设计与实现。首先实现基于GPU的快速傅里叶变换和圆形滤波算法，验证GPU能有效加速图像处理能力。其次，分别将有、无样品干涉图相除相位恢复算法和基于DCT的最小二乘解包裹算法移植入GPU平台中，继而得到厚相位载波干涉图像相位处理的并行化实现。通过比较GPU与CPU平台上的运行时间，验证GPU实现能有效提高图像相位处理过程的实时性，实现载波干涉图像的快速再现。
　　为了满足实际工程需要，设计并实现基于GPU的载波干涉图像快速再现系统，在Windows7系统和Visual Studio2013软件开发平台上设计系统框架，并制作了操作界面，方便用户的使用。

目录

声明

第1章 绪论

1.1课题研究的背景及意义

1.2国内外研究现状

1.3 本课题来源及主要研究内容

第2章 载波干涉数字全息技术的基本理论

2.1 载波干涉的基本理论

2.2 载波干涉相位恢复算法

2.3 相位解包裹基本原理

2.4 本章小结

第3章 载波干涉图像再现技术

3.1有、无样品干涉图相除载波相位恢复技术

3.2基于DCT的最小二乘解包裹技术

3.3本章小结

第4章 基于GPU的载波干涉图像快速再现

4.1有、无样品干涉图相除载波相位恢复技术的GPU实现

4.2基于DCT的最小二乘解包裹技术的GPU实现

4.3载波干涉图像再现技术的GPU实现

4.4 本章小结

第5章 快速再现系统的设计与实现

5.1载波干涉图像快速再现系统的框架

5.2载波干涉图像快速再现系统的设计与实现

5.3 本章小结

结论

参考文献

致谢