聚焦和離焦IPI系統(tǒng)采樣體積的理論和實驗研究.pdf

1、聚焦和離焦IPI系統(tǒng)采樣體積的理論和實驗研究TheoreticalandExperimentalResearchofSamplingVolumeinInfocusandOutoffocusIPISystems領(lǐng)域：研究生：指導(dǎo)教師：企業(yè)導(dǎo)師：光學(xué)工程劉京張紅霞副教授陳家田高級工程師天津大學(xué)精密儀器與光電子工程學(xué)院二零一五年十二月摘要光學(xué)成像系統(tǒng)是一種重要的光學(xué)信息傳遞和處理系統(tǒng)，在很多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)的光學(xué)成像系統(tǒng)是物面、鏡頭主

2、面和像面互相平行的光學(xué)系統(tǒng)，但在一些成像系統(tǒng)中物面與鏡頭主面和像面是不平行的，所以傾斜成像系統(tǒng)的研究很有意義。傾斜成像系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于粒子場測量，干涉粒子成像(IPI)系統(tǒng)是其中主要的應(yīng)用。IPI系統(tǒng)的采樣體積是研究粒子數(shù)濃度的基礎(chǔ)，聚焦IPI系統(tǒng)的采樣體積與成像系統(tǒng)的景深有關(guān)，而離焦IPI系統(tǒng)的采樣體積與成像系統(tǒng)的景深無關(guān)。本論文研究聚焦和離焦IPI系統(tǒng)采樣體積的計算公式和測量方法，搭建聚焦和離焦IPI實驗系統(tǒng)，使用標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)格標(biāo)定板和標(biāo)準(zhǔn)

3、球形粒子分別對聚焦和離焦IPI系統(tǒng)的采樣體積進(jìn)行測量。本論文的工作對于確定傾斜成像系統(tǒng)的采樣體積具有重要指導(dǎo)意義。本論文的主要工作：1基于幾何光學(xué)理論分析了IPI測量技術(shù)的基本原理，研究搭建IPI實驗系統(tǒng)的幾個關(guān)鍵問題：系統(tǒng)最佳散射角的選擇，樣品池不同擺放方式的影響、成像系統(tǒng)放大倍率的校正以及離焦IPI實驗系統(tǒng)具體參數(shù)的計算。2研究僅物面傾斜和物像面雙傾斜這兩種聚焦IPI系統(tǒng)的采樣體積，推導(dǎo)采樣體積的計算公式，分析采樣體積與物面傾斜角、

4、成像鏡頭焦距和光圈數(shù)、系統(tǒng)中心放大倍率的關(guān)系。比較兩種成像方式發(fā)現(xiàn)，物像面雙傾斜聚焦IPI系統(tǒng)的采樣體積大于僅物面傾斜聚焦IPI系統(tǒng)的采樣體積。3搭建兩種物面傾斜聚焦IPI實驗系統(tǒng)，采集網(wǎng)格標(biāo)定板圖像，處理圖像提取目標(biāo)橫線平均線寬，判斷清晰成像范圍，得到了聚焦IPI系統(tǒng)的采樣體積。4提出一種離焦IPI系統(tǒng)采樣體積的確定方法，根據(jù)CCD靶面上每一個位置x處所形成的干涉條紋圓尺寸的范圍①，泓≤①肼≤①，，一來確定采樣區(qū)域。分析離焦條紋圓尺寸