matlab光學(xué)仿真課程設(shè)計-基于matlab相干與非相干照明成像系統(tǒng)的仿真

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1、東北石油大學(xué)課程設(shè)計課程Matlab光學(xué)仿真課程設(shè)計題目基于Matlab相干與非相干照明成像系統(tǒng)的仿真院系電子科學(xué)學(xué)院專業(yè)班級光電14-1班學(xué)生姓名學(xué)生學(xué)號指導(dǎo)教師2017年7月10日東北石油大學(xué)課程設(shè)計任務(wù)書課程Matlab光學(xué)仿真課程設(shè)計題目基于Matlab相干與非相干照明成像系統(tǒng)的仿真專業(yè)光電信息科學(xué)與工程姓名學(xué)號主要內(nèi)容、基本要求、主要參考資料等主要內(nèi)容：信息光學(xué)課程中光的相干、非相干照明情況下成像系統(tǒng)較為抽象，為形成直觀視覺效果，加深對課程的理解。本設(shè)計要求采用Matlab軟件對相干與非相干照明下衍射受限

2、成像系統(tǒng)進(jìn)行仿真，對兩種成像效果進(jìn)行比較及分析。基本要求：(1)理解相干傳遞函數(shù)、光學(xué)傳遞函數(shù)的概念。(2)掌握Matlab的使用流程，熟悉常用語句的使用方法。(3)采用Matlab軟件分別對在相干和非相干照明下衍射受限系統(tǒng)的成像進(jìn)行仿真，分析成像現(xiàn)象，分析各參數(shù)對實驗結(jié)果的影響，撰寫課程設(shè)計報告。主要參考資料：[1]王仕璠編著.信息光學(xué)理論與應(yīng)用[M].北京郵電大學(xué)出版社,2013.3.[2]錢曉凡編著.信息光學(xué)數(shù)字實驗室[M].科學(xué)出版社,2015.7.[3]徐金明,張孟喜,丁濤.MATLAB實用教程[M].清

3、華大學(xué)出版社,2005.[4]郎海濤,錢曉凡.相干與非相干照明衍射受限系統(tǒng)成像仿真[J].激光雜志.2014,35(4):17-19.完成期限2017.7.1~2017.7.10指導(dǎo)教師專業(yè)負(fù)責(zé)人2017年6月28日目錄第1章概述11.1成像系統(tǒng)的普遍模型11.2衍射受限系統(tǒng)的點擴(kuò)展函數(shù)11.3Matlab在光學(xué)仿真中的應(yīng)用2第2章相干照明下衍射受限系統(tǒng)的成像32.1相干照明32.2相干傳遞函數(shù)32.3相干傳遞函數(shù)與系統(tǒng)物理性質(zhì)的聯(lián)系32.4本章小結(jié)4第3章非相干照明下衍射受限系統(tǒng)的成像53.1非相干照明53.2光

4、學(xué)傳遞函數(shù)53.3OTF與CTF的關(guān)系63.4光學(xué)傳遞函數(shù)一般性質(zhì)及意義73.5本章小結(jié)8第4章Matlab程序設(shè)計、運行結(jié)果及分析94.1相干照明衍射受限成像系統(tǒng)的程序設(shè)計94.2非相干照明衍射受限成像系統(tǒng)的程序設(shè)計94.3程序運行結(jié)果及分析104.4本章小結(jié)11結(jié)論12參考文獻(xiàn)13附錄14I東北石油大學(xué)本科生課程設(shè)計第1章概述1.1成像系統(tǒng)的普遍模型我們在幾何光學(xué)中學(xué)到，單個凸透鏡可以成像。但是大多數(shù)光學(xué)成像系統(tǒng)都不僅是單個透鏡，它可以是由多個透鏡和其他光學(xué)元件組合的復(fù)合系統(tǒng)。結(jié)合幾何光學(xué)中孔徑光闌和光瞳的概念

5、，在研究光學(xué)成像系統(tǒng)的性質(zhì)時，可以不去涉及系統(tǒng)的詳細(xì)結(jié)構(gòu)，而把整個系統(tǒng)的成像看成是一個“黑箱”的作用，只需知道黑箱邊端（即入瞳和出瞳平面）的物理性質(zhì)，就可得到像平面的像場分布。圖1-1成像系統(tǒng)的普遍模型為此，首先要知道黑箱對點光源發(fā)出的球面波的變換作用。對于實際光學(xué)系統(tǒng)大體可以分為兩類，即衍射首先系統(tǒng)和有像差系統(tǒng)。取物平面的任一點源，如果從該點發(fā)出的發(fā)散球面波通過成像系統(tǒng)后因受該系統(tǒng)的限制，轉(zhuǎn)換成新的理想球面波，并且在像平面上會聚成一個理想像點，稱為衍射受限系統(tǒng)。該系統(tǒng)的作用是將入瞳上的發(fā)散球面波變換成出瞳上的會聚

6、球面波。而有像差系統(tǒng)的邊端條件是：點光源發(fā)出的發(fā)散球面波投射到入瞳上，在出瞳處的透射波場明顯偏離理想球面波，偏離程度由波像差決定[1]。1.2衍射受限系統(tǒng)的點擴(kuò)展函數(shù)當(dāng)物面上任意一面元產(chǎn)生的光振動為單位脈沖(函數(shù))時，相應(yīng)的脈沖響應(yīng)表示成：(1-1)15東北石油大學(xué)本科生課程設(shè)計對于任意的物函數(shù)由于成像系統(tǒng)是線性系統(tǒng)，當(dāng)用平面單色光照明時，其像平面光場的復(fù)振幅分布可以用疊加積分表示成：(1-2)因此，只要能夠確定成像系統(tǒng)的脈沖響應(yīng)函數(shù)，就能得到確切的像，可以將脈沖響應(yīng)函數(shù)寫成：(1-3)上式表明：單色光照明時，衍射

7、受限系統(tǒng)的脈沖響應(yīng)函數(shù)就是系統(tǒng)光瞳函數(shù)的傅里葉變換。是近軸條件下系統(tǒng)的橫向放大率。當(dāng)考慮出瞳大小時，像函數(shù)為：(1-4)式中。由上式可見，像面上光場復(fù)振幅分布等于幾何光學(xué)理想像與系統(tǒng)脈沖響應(yīng)函數(shù)的卷積[2]。1.3Matlab在光學(xué)仿真中的應(yīng)用Matlab是一個高精度的科學(xué)計算語言，利用Matlab仿真大大提高了編程效率。信息光學(xué)是我們專業(yè)的必修課，其中，光的衍射和光學(xué)成像系統(tǒng)既是該門課程的重點內(nèi)容，也是人們研究的熱點。然而由于光學(xué)干涉衍射公式繁多，規(guī)律抽象，學(xué)生對相應(yīng)的光學(xué)圖像和物理過程的理解有一定的困難，大大影

8、響了教學(xué)效果。當(dāng)然，在實際中可以通過加強(qiáng)實驗教學(xué)來改善教學(xué)效果，但是光學(xué)實驗對儀器設(shè)備和人員掌握的技術(shù)水平要求都較高，同時實驗中物理現(xiàn)象容易受外界因素的影響，這給光學(xué)教學(xué)帶來了較大的困難。同時數(shù)值計算在光學(xué)課程研究中具有非常廣泛的應(yīng)用。許多數(shù)值計算問題，用其他程序設(shè)計語言編程求解非常麻煩，并且需要具備專門的數(shù)學(xué)知識及一定的程序設(shè)計技能，而用Matlab編程，