全息光學(xué)實(shí)驗(yàn)

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1、實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案空間濾波一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?．觀察各種光柵、圖片的付里葉頻譜，加深對(duì)頻譜概念的理解．2．由觀察到的頻譜判斷輸入圖像的基本特征，理解物分布與其頻譜函數(shù)間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，進(jìn)而了解頻譜分析的基本原理、方法及各種應(yīng)用。3．掌握空間濾波的基本原理，理解成像過程中“分頻”與“合成”作用4.掌握方向?yàn)V波、高通濾波、低通濾波等濾波技術(shù)，觀察各種濾波器產(chǎn)生的濾波效果，加深對(duì)光學(xué)信息處理實(shí)質(zhì)的認(rèn)識(shí)．二、實(shí)驗(yàn)原理1、付立葉頻譜。設(shè)二維函數(shù)g(x，y)，其空間頻譜G(x，h)為g(x，y)的付里葉變換，即而g（x,y）則為G(x，h)的傅立葉逆變換，即用光學(xué)的方法可以很方便地獲得二維圖像g(x，y)

2、的空間頻譜G(x，h)．只要在一付里葉透鏡的前焦面上放置一幅透射率為g(x，y)的圖像，并以相干平行光束垂直照射圖像，則根據(jù)透鏡的付里葉變換性質(zhì)，在透鏡后焦面上得到的光復(fù)振幅分布將是g(x，y)的付里葉變換G(x，h)，即空間頻譜G(xf/lf，yf/lf)．其中l(wèi)為光波波長，f為透鏡焦距，xf、yf為后焦面(即頻譜面)上任意一點(diǎn)的位置坐標(biāo)．顯然．點(diǎn)(xf，yf)對(duì)應(yīng)的空間頻率為因此，在后焦面上放置毛玻璃屏，在其后通過放大鏡觀察頻譜，或者在后焦面上放置全息干板將頻譜記錄下來，如果有條件，在后焦面上裝置電視攝像機(jī)，并將其與電視顯示器聯(lián)結(jié)，在熒光屏上就可顯示出圖像的付里葉頻譜。如果

3、輸入圖像很小，衍射屏幕和圖像之間距離很遠(yuǎn)，則在近似滿足夫瑯和費(fèi)條件下，也可以不用透鏡而直接在屏幕上得到圖像的空間頻譜G(xf/lz，yf/lz)，其中z為圖像至屏幕的距離。由于頻譜面上的頻譜函數(shù)G(x，h)是物函數(shù)g（x，y)的付里葉變換，因而從實(shí)驗(yàn)上得到頻譜函數(shù)G(x，h)后．即可反過來求出圖像的復(fù)振幅分布g(x，y)。據(jù)此，對(duì)圖像進(jìn)行簡單分類．也可用于分析圖像的結(jié)構(gòu)比如在森林資源的考察中，根據(jù)圖像的頻譜可以判斷哪些地區(qū)已綠化，哪些目前還是荒地，以利更好地規(guī)劃．精彩文檔實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案2、空間濾波空間濾波是光學(xué)信息處理的一種重要技術(shù)。阿貝—波特實(shí)驗(yàn)是空間濾波的典型實(shí)驗(yàn)，它極為形象

4、地驗(yàn)證了阿貝成像原理，是付立葉變換最基礎(chǔ)的實(shí)驗(yàn)．阿貝成像原理認(rèn)為：透鏡成像過程可分兩步，第一步是通過物的衍射光在透鏡的后焦面(即頻譜面)上形成空間頻譜，這是衍射所引起的“分頻”作用，第二步是代表不同空間頻率的各光束在像平面上相干疊加而形成物體的像，這是干涉所引起的“合成”作用。這兩步從本質(zhì)上講就是對(duì)應(yīng)兩次付里葉變換。如果這兩次傅立葉變換是完全理想的，即信息沒有任何損失．則像和物應(yīng)完全一樣。如果在頻譜面上設(shè)置各種空間濾波器．擋去頻譜中某一些空間頻率的成分，則將明顯的影響圖像，這就是空間濾波。光學(xué)信息處理的實(shí)質(zhì)就是設(shè)法在頻譜面上濾去無用信息分量而保留有用分量．從而在圖像面上提取所需

5、要的圖像信息．三、實(shí)驗(yàn)光路1.觀察付立葉頻譜，如圖3—1所示2.空間濾波如圖3－2所示．圖3－2空間濾波光路圖3－1傅立葉頻譜觀察光路四、實(shí)驗(yàn)儀器He—NeLaser；氦氖激光器M：全反射鏡C：擴(kuò)束鏡P1：頻譜面P2：像平面L1：準(zhǔn)直透鏡L2：傅立葉變換透鏡P：毛玻璃屏T：輸入圖像另：孔屏、白屏、尺、干板架、各種負(fù)片、光柵等五、實(shí)驗(yàn)步驟（一）觀察付立葉頻譜1．按圖3—1依次加入光學(xué)元件排光路。L1和L2之間的距離應(yīng)大于L2的焦距f．2．在L2前焦面附近分別放入各種透明片和光柵．分別觀察這些目標(biāo)的頻譜圖樣。3．將目標(biāo)向L2移動(dòng)直至貼近L2，觀察頻譜的變化情況，目標(biāo)在L2和P間不同

6、位置頻譜有何變化．4．用激光細(xì)束來直接照射正交光柵，在數(shù)米遠(yuǎn)的屏幕上觀察其傅立葉頻譜，屏幕與光柵距離增大，觀察頻譜尺寸怎樣變化．(二)空間濾波1．按圖3-2依次加入光學(xué)元件排好光路。在L1的前焦面上放物(銅絲網(wǎng)格)，在P1面上的白屏上就呈現(xiàn)網(wǎng)格的付里葉頻譜。取下P1面上的白屏，在P2面上就看到網(wǎng)格的像．精彩文檔實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案2．給出上面幾種形式的簡單濾波器，分別將這些濾波器放在頻譜面上進(jìn)行濾波，在表3-l中填出相應(yīng)的結(jié)果(按說明欄的要求選濾波器)．表3-1空間濾波實(shí)驗(yàn)結(jié)果六、問題與思考1．用平行光束垂直照射平行密接觸的兩塊正弦光柵(空頻為v1和v2)，它們的頻譜將是什么樣？如兩者

7、正交密接．頻譜又如何?2．用激光細(xì)束直接照射一正弦光柵，光柵在自身平面內(nèi)平移或轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，對(duì)其頻譜有什么影響?3．取一張135人像底片，將它與一張10線對(duì)／mm的光柵重疊在一起，制成一張帶有縱柵干擾的物，請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)一個(gè)濾波器，消除縱柵干擾，得一清晰的輸出人像．4．運(yùn)用所學(xué)過的理論知識(shí)，解釋表3—1所得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果．精彩文檔實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案卷積定理的演示以及圖像加、減一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?．形象化地演示兩個(gè)函數(shù)的卷積結(jié)果．鞏固和加深對(duì)卷積和卷積定理的認(rèn)識(shí)。2．掌握散斑法圖像相加、相減的原理和方法。3．用散斑法實(shí)時(shí)地