現代光測及其圖像處理（簡體書）

《航空工程類專業教育部質量工程教材專項立項教材：現代光測及其圖像處理》是南京航空航天大學航空工程類專業教育部質量工程教材專項立項教材。全書主要內容包括現代光測基礎、全息照相與干涉、散斑照相與干涉、雲紋與雲紋干涉、圖像處理基礎、圖像操作與分割、圖像變換與濾波、變形相位檢測、干涉圖像處理、數字全息照相與干涉、數字圖像相關與粒子圖像測速和數字散斑干涉與剪切干涉等。
《航空工程類專業教育部質量工程教材專項立項教材：現代光測及其圖像處理》可作為高等院校航空宇航、船舶海洋、動力工程、控制科學、儀器科學、材料科學、機械工程、電氣工程、土木工程、光學工程和工程力學等專業的本科生和研究生教材，使其掌握現代光測及其圖像處理的基本原理、基礎理論、測試方法和專業技能。本書也可供相關專業的高校教師、研究人員和技術人員參考。

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前言
第1章現代光測基礎
1.1幾何光學
1.2波動光學
1.3光波干涉
1.4干涉系統
1.5光波衍射
1.6光波偏振

第2章全息照相與干涉
2.1全息照相
2.1.1波前記錄
2.1.2波前再現
2.2全息干涉
2.2.1變形相位
2.2.2雙曝光全息干涉
2.2.3實時全息干涉
2.2.4時間平均全息干涉
2.2.5靜態時間平均全息干涉
2.2.6實時時間平均全息干涉
2.2.7頻閃全息干涉

第3章散斑照相與干涉
3.1散斑照相
3.1.1雙曝光散斑照相
3.1.2時間平均散斑照相
3.1.3頻閃散斑照相
3.1.4多孔徑散斑照相
3.2散斑干涉
3.2.1面內位移測量
3.2.2離面位移測量
3.3散斑剪切干涉
3.3.1單孔徑散斑剪切干涉
3.3.2雙孔徑散斑剪切干涉

第4章雲紋與雲紋干涉
第7章圖像變換與濾波
第8章變形相位檢測
第9章干涉圖像處理
第10章數字全息照相與干涉
第11章數字圖像相關與粒子圖像測速
第12章數字散斑干涉與剪切干涉
參考文獻
附錄Ⅰ光彈技術與相似理論
附錄Ⅱ誤差分析

圖像采集系統是PIV系統的關鍵部分，它包括高分辨率CCD相機和數據采集卡。CCD的圖像采集方式分成兩類：一類是自相關（auto—correlation）模式，兩個瞬時的粒子圖像存儲在相同幀存儲器中；另一類是互相關（cross—Correlation）模式，兩個瞬時的粒子圖像存儲到不同幀存儲器中。
4.同步控制
同步控制器用來協調PIV系統各個部分的工作時序，由計算機進行控制，它控制脈沖發出和圖像采集的順序，通過內部產生周期性的脈沖觸發信號，經過多個延時通道同時產生多個經過延時的觸發信號，用來控制激光器、CCD和圖像采集卡，使它們工作在嚴格同步的信號基礎上，保證各部分按一定的時間順序協調工作。計算機用于存儲圖像卡提供的圖像數據，通過粒子圖像測速系統軟件可以實時完成速度場的計算、顯示和存儲。
同步控制器提供周期的外觸發信號，激光器的兩個氙燈經過一定的時問延時，間隔點亮發光，當氙燈發光強度達到最大值時，經過適當延時的兩路Q開關被同步控制器提供的延時信號觸發，激光器發出具有一定時間間隔的雙脈沖激光。同時CCD也收到同步控制器提供的觸發信號，使用軟件設定第一幅圖像的曝光時間，使得激光器發出的脈沖落在第一次曝光時間內；然后經過軟件設定的跨幀時間，CCD可以進行第二次曝光，這時捕捉到的是激光器的第二個脈沖。這樣就實現了CCD觸發一次得到兩幀圖像、捕捉雙脈沖激光的功能。縮小激光器雙脈沖之間的時間間隔（不小于CCD的跨幀時間），就可以拍攝高速運動的流場圖像，計算相應的速度場。
5.圖像處理
PIV拍攝得到的照片被分割成許多小的子區。關于子區有兩個假設：假設在每個子區都有足夠數量的粒子，并且在子區內所有粒子具有相同速度。每個子區包括許多粒子圖像對，但是由于粒子位移比粒子問的空間距離要大得多，所以不可能明確指出單個粒子圖像對。因此，需要采用統計方法獲得粒子圖像位移。
PIV處理的是一系列隨時間變化的數字圖像，對于這些序列圖像的處理方法主要采用相關方法。相關方法分為自相關法和互相關法。
對于自相關分析，兩次曝光的粒子圖像記錄在相同幀存儲器中，相關區域有3個峰：一個中央自相關峰和它旁邊的兩個互相關峰。互相關峰的位置對應粒子圖像的位移。由于自相關法的對稱性從而造成方向的二義性，速度方向不能自動判別，另外自相關法的速度測量范圍小。