本书围绕颗粒全息的基本理论、测量技术及典型应用，系统阐述了数字全息基本原理、颗粒全息图的光散射与衍射理论、全息图的数字重建与颗粒信息处理方法，介绍了颗粒全息三维成像技术、数字全息粒子跟踪测速技术等，在此基础上，列举了颗粒全息测量技术在典型的喷雾及燃烧液滴、固体燃料颗粒、气泡、微生物等多相反应流中的应用，并总结了该技术的仪器化进展。
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前言
第1章 导论 1
1.1 颗粒定义及相关参数 2
1.2 颗粒的光学测量现状 4
1.3 三维场光学测量技术概述 5
1.4 数字全息测量颗粒场进展概述 7
1.4.1 颗粒全息技术概述 7
1.4.2 颗粒全息的应用概述 10
1.5 本书内容及结构 13
参考文献 13
第2章 全息的基本原理 20
2.1 衍射理论的建立 20
2.1.1 光波的描述与标量衍射理论 20
2.1.2 基尔霍夫衍射公式 22
2.1.3 瑞利-索末菲衍射公式 24
2.1.4 衍射的角谱理论 25
2.1.5 菲涅耳衍射 27
2.1.6 夫琅禾费衍射 28
2.2 光的干涉 29
2.2.1 时间相干性 30
2.2.2 空间相干性 31
2.2.3 干涉条纹间距 33
2.3 全息的光学原理 34
2.3.1 同轴全息 36
2.3.2 离轴全息 37
2.3.3 球面波全息 41
2.3.4 球面波全息的等效平面波全息形式 44
2.3.5 傅里叶全息与像面全息 47
2.3.6 部分相干全息 49
2.3.7 非相干全息 50
2.3.8 相移数字全息 52
2.3.9 彩虹全息 53
参考文献 55
第3章 全息图数字重建方法 56
3.1 卷积重建方法 56
3.2 角谱重建方法 59
3.3 菲涅耳近似重建方法 60
3.4 小波重建方法 61
3.5 分数傅里叶变换重建方法 63
3.6 稀疏重建算法 65
3.7 本章小结 69
参考文献 70
第4章 颗粒全息理论与模型 72
4.1 颗粒全息的光散射理论 72
4.1.1 高斯光束下广义洛伦兹-米散射模型 72
4.1.2 平面波下颗粒光散射模型 75
4.1.3 基于德拜级数的颗粒散射模型 77
4.1.4 傅里叶变换光散射理论 79
4.1.5 光散射颗粒全息模型 81
4.2 颗粒全息的光衍射理论 82
4.2.1 衍射理论的颗粒同轴全息 82
4.2.2 矩阵光学颗粒同轴全息 85
4.2.3 具有透镜系统的颗粒全息 87
4.3 本章小结 88
参考文献 88
第5章 颗粒全息图像特性及信息提取算法 89
5.1 颗粒全息图像特性 89
5.1.1 颗粒全息图特性 89
5.1.2 颗粒全息重建图像特性 92
5.2 重建图像景深拓展 94
5.2.1 颗粒全息景深概述 94
5.2.2 基于小波图像融合景深拓展 95
5.3 颗粒识别 97
5.3.1 阈值法 97
5.3.2 颗粒图像模板匹配法 99
5.3.3 联合多判据法识别颗粒 100
5.3.4 3D去卷积辅助识别算法 101
5.3.5 基于全卷积神经网络的颗粒识别算法 104
5.3.6 基于条纹特征的颗粒识别 104
5.4 颗粒定位 107
5.4.1 颗粒z轴定位方法 107
5.4.2 颗粒二维形貌测量 110
5.4.3 颗粒三维形貌测量 111
参考文献 115
第6章 全息PIV/PTV 117
6.1 DHPIV/DHPTV图像的采集方式 118
6.2 DHPTV颗粒匹配 120
6.2.1 两帧全息图颗粒匹配 120
6.2.2 连续多帧全息图颗粒匹配 123
6.2.3 DHPTV中匹配颗粒的三维位移 124
6.2.4 DHPTV颗粒z轴位移测量精度 127
6.2.5 DHPIV速度场提取 128
6.3 数字颗粒全息测量颗粒旋转 132
6.3.1 颗粒旋转测量分析 132
6.3.2 颗粒旋转测量 134
参考文献 136
第7章 燃烧流场中颗粒全息测量 137
7.1 燃烧场对燃烧颗粒测量的影响 137
7.2 煤粉燃烧全息测量 139
7.2.1 煤粉燃烧颗粒场测量 139
7.2.2 煤粉燃烧脱挥发分过程 142
7.3 固体推进剂燃烧全息测量 145
7.4 冲击爆炸碎片颗粒全息测量 148
参考文献 150
第8章 液体燃料燃烧全息测量 152
8.1 冷态液滴/雾化场数字全息测量 152
8.2 同轴全息在雾化燃烧测试的应用 156
8.3 离轴全息在雾化燃烧测试的应用 158
参考文献 160
第9章 曲面容器内流场颗粒全息测量 162
9.1 曲面容器内颗粒全息成像理论 162
9.2 曲面容器颗粒全息图重建方法 167
9.2.1 分数傅里叶变换重建方法 167
9.2.2 改进的卷积重建方法 168
9.3 圆管内颗粒流动全息测量应用 169
9.4 本章小结 172
参考文献 172
第10章 微尺度流场测量 174
10.1 数字全息显微技术原理和实现方法 174
10.1.1 球面波同轴全息显微技术 174
10.1.2 透镜型同轴全息显微技术 175
10.1.3 反射式和透射式全息显微技术 176
10.2 显微全息测量应用 177
10.2.1 边界层测量 177
10.2.2 微流体运动观测 179
10.2.3 细胞成像观测 181
10.3 本章小结 183
参考文献 183
第11章 典型全息仪器及应用 185
11.1 煤粉细度在线测量仪 185
11.1.1 煤粉细度在线测量仪简介 185
11.1.2 线阵相机颗粒测量系统 188
11.1.3 烟气雾滴颗粒在线测量仪 188
11.1.4 燃烧场三维全息探针 190
11.2 潜水式颗粒全息测量仪器 191
11.2.1 同轴形式 191
11.2.2 离轴形式 194
11.3 大气颗粒全息探测器 195
11.3.1 机载形式 195
11.3.2 地基形式 197
11.4 全息显微镜 202
11.4.1 便携式全息颗粒显微镜 202
11.4.2 细胞全息显微镜 203
11.4.3 表面形貌测量显微镜 204
11.4.4 数字全息蛋白质显微镜 204
11.5 本章小结 205
参考文献 205
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