Обобщены и систематизированы исследования авторов, посвященные разработке и практическому использованию в практике новых методов визуализации течений, основанных на применении спекл-технологий. В книге изложены теоретические и экспериментальные основы таких методов диагностики, как спекл-технологии. Развита дифракционная теория спекл-фотографии, спекл-интерферометрии, методов PIV, BOS, Тальбот-интерферометрии и др. Излагаются основы нового научного направления, объединяющего классическую интерферометрию, спекл-интерферометрию и цифровую обработку изображений. Это направление предполагает использование компьютерной техники не только для расшифровки интерферограмм, но и для внесения обратных связей в оптическую схему.Книга рассчитана на широкий круг читателей - научных работников и инженеров, занимающихся изучением прозрачных неоднородностей в различных областях науки и техники (в теплофизике, газовой динамике, гидродинамике, оптике, биологии и др.). Монография будет полезна также студентам университетов, бакалаврам, магистрам и аспирантам.

  Литрес - 729 руб.

Предисловие......3Список основных обозначений......19Список сокращений......22Глава 1. Введение в технику оптической визуализации......251.1. Опыты Бyрча и Токарского......251.2. Краткий обзор литературы......341.3. Техника PIV......391.4. Электронная спекл-фотография......441.5. Цифровая спекл-фотография......49Глава 2. Основные свойства когерентного света......622.1. Образование спекл-поля......622.2. Спекл объективный и субъективный......672.3. Открытие биоспекл-полей......692.3.1. Первые наблюдения биоспекл-полей......692.3.2. Работы профессора Бриерса......702.3.3. Методики измерения кровотока в работах японских научно-исследовательских групп......752.3.4. Измерители кровотока по методике доктора Б. Рута......782.3.5. Измерения микроциркуляции по методикам группы профессора В. В. Тучина......802.3.6. Разработки доктора физико-математических наук Л. В. Танина (ЗАО «Голографическая индустрия»
г. Минск) в биомедицине......822.3.7. Системы цифровой регистрации биоспекл-полей в БГМУ и ИТМО НАН Беларуси......872.4. Элементы теории дифракции......932.4.1. Изображение точечного источника света......932.4.2. Изображение точечного источника света при небольшой дефокусировке......952.4.3. Изображение двух монохроматических точечных источников света......952.4.4. Изображение большого числа монохроматических точечных источников
расположенных хаотически......972.4.5. Спектр большого числа когерентных точечных источников
образующих идентичные
одинаково ориентированные и хаотически расположенные пары......982.4.6. Размеры спекл-структур......992.4.7. Дифракция Фраунгофера на спекл-поле......1022.5. Уравнения Максвелла......1042.6. Трассирование лазерного излучения в схемах спекл-фотографии......1072.6.1. Расчет траектории лазерного луча......1072.6.2. Интегральное преобразование Абеля......1102.6.3. Приближение Убероя и Коважного......1112.6.4. Интегральное преобразование Эрбека-Мерцкирша......1152.7. Диагностика параметров турбулентности по данным спекл-фотографии......122Глава 3. Дифракционные основы техники......1373.1. Опыты Гримальди......1373.2. Принцип Гюйгенса–Френеля......1403.3. Дифракция Френеля......1413.3.1. Зоны Френеля......1413.3.2. Картина дифракции на отверстии (щели) и на диске (тонкой проволоке)......1443.3.3. Спираль Френеля и Корню......1503.4. Дифракция Фраунгофера......1593.5. Дифракция Фраунгофера на отверстии или щели......1613.6. Дифракция гауссова пучка......1683.7. Дифракция Фраунгофера на двух одинаковых отверстиях или щелях......1703.8. Границы применимости различных приближений в теории дифракции......1733.9. Лазеры для спекл-интерферометров......1763.9.1. Мощность лазеров для анемометрии......1783.9.2. Источники излучения с малой длиной когерентности......1793.10. Основные приемы и алгоритмы обработки цифровых изображений......1833.10.1. Построение окон для усреднения......1833.10.2. Фильтрация изображений......1843.10.3. Кросскорреляционный анализ последовательных изображений......1863.10.4. Автокорреляционный анализ изображений с продолжительным временем экспозиции......1883.10.5. Анализ контраста изображений с продолжительным временем экспозиции......1903.10.6. Техника Гуи–Мерцкирша......1923.10.7. Статистический анализ погрешностей определения смещений спекл-полей......1933.10.8. Динамические свойства спекл-полей......1943.11. Диагностика течений в PEM-топливном элементе......1983.11.1. Структура и геометрия каналов в PEM-топливном элементе......1983.11.2. Пространственное разрешение......2003.11.3. Временное разрешение......2013.11.4. Анализ структуры течения в топливном элементе......2023.11.5. Выводы......203Глава 4. Основные приемы спекл-интерферометрии......2084.1. Метод двухэкспозиционной спекл-фотографии......2084.1.1. Показатель преломления в газах......2084.1.2. Отклонение световых лучей на градиентах плотности......2114.1.3. Кросскорреляционный анализ последовательных изображений......2174.2. Метод пространственной фильтрации спеклограммы......2284.3. Корреляционная спекл-интерферометрия и спекл-фотография......2354.3.1. Спекл-фотография через сложную апертуру......2354.3.2. Спекл-интерферометрия с опорным пучком......2404.3.3. Электронная спекл-интерферометрия......2464.3.4. Cпекл-фотография «в белом свете»......2474.4. Теневой фоновый метод (BOS)......2484.5. Томографическое PIV......2554.5.1. Краткий обзор литературы по PIV......2554.5.2. Кросскорреляционный анализ изображений в PIV......2564.5.3. Формирование изображений визуализирующих частиц......2574.5.4. Визуализирующие частицы в технике микро-PIV......2584.5.5. Плотность введения визуализирующих частиц......2584.5.6. Стереоскопическая техника PIV......2594.5.7. Голографическая техника PIV......2594.5.8. Спекл-кинематография (speckle streak velocimetry
SSV)......2624.5.9. Томографические приемы в технике PIV......2644.6. Спекл-томография......2654.6.1. Диагностика на просвет......2654.6.2. Интегральное преобразование Радона......2664.6.3. Связь с другими интегральными преобразованиями......2694.6.4. Алгоритмы вычислений преобразования Радона......2704.6.5. Основные схемы газодинамических томографов......2734.6.6. Результаты моделирования......2794.6.7. Экспериментальные результаты......280Глава 5. Тальбот-интерферометрия......3015.1. Самовоспроизведение изображений решетки......3015.2. Эффект Муара......3055.3. Решетки Ронки и диафрагма Ричи......3085.4. Тест Ронки......3095.5. Интерферометр Тальбота и Тальбота–Лоу с решетками Ронки......3115.6. Эксперименты в ИТМО им. А. В. Лыкова НАН Беларуси......3135.7. Эксперименты Шандры Шакера (Индия)......3155.8. Другие эксперименты с интерферометрами на основе эффекта Тальбота......316Глава 6. Статистические свойства спекл-полей и методы измерений
основанные на их анализе......3236.1. Оcобенности лазерного излучения......3236.1.1. Генерация лазерного излучения......3236.1.2. Волновая природа излучения......3236.1.3. Направленность излучения......3246.1.4. Монохроматичность и модовый состав......3256.1.5. Когерентность......3266.2. Образование спекл-поля......3276.3. Линейно поляризованное излучение......3316.4. Суммирование спекл-полей......3356.5. Сложение с когерентным фоном......3426.6. Автокорреляционные функции......3446.7. Усреднение приемником......3466.8. Влияние структуры рассеивающей поверхности и немонохроматичности излучения......3486.9. Измерение шероховатости поверхности......3516.10. Динамические параметры в статистике лазерных спекл-полей......3566.11. Трансляция и кипение спеклов......3586.12. Влияние процессов многократного рассеивания на формирование и динамику биоспекл-полей......3606.12.1. Формирование двойного биоспекл-поля......3606.12.2. Статика двойных спекл-структур......3626.12.3. Динамические двойные спекл-структуры. Безлинзовая геометрия......3636.12.4. Изображение двойных динамических спекл-структур с помощью линзы......3646.13. Многоскоростные приближения......3686.14. Динамические режимы спекл-полей. Трансляция и кипение спеклов......3696.15. Формирование спекл-поля сложной оптической системой......3736.16. Динамические параметры биоспекл-полей в различных оптических конфигурациях......375Заключение......383