空间频率滤波与全息术详解.pptVIP

第七章空间频率滤波与全息术§3全息术§1阿贝成像原理§2空间频率滤波1.1阿贝成像原理1.2阿贝-波特实验§1阿贝成像原理1.1阿贝成像原理一百多年前，德国人阿贝在研究如何提高显微镜的分辨本领问题时，提出了相干成像的新原理。为现代变换光学中的空间滤波和信息处理概念奠定了基础。用平行光照明傍轴小物ABC，使整个系统成为相干成像系统，像成于A’B’C’。透镜成像的两个观点:（1）几何光学观点（点点对应）：物点Ａ，Ｂ，Ｃ发出的球面波,经透镜折射后,各自会聚到它们的像点Ａ,Ｂ,Ｃ等.图中光线不同的颜色表示发自不同的物点.（2）阿贝成像原理（波动光学观点，频谱转换、点面对应）:物是一系列不同空间频率的集合.入射光经物平面发生夫琅和费衍射,在透镜焦面（频谱面）上形成一系列衍射光斑（分频）,各衍射光斑发出的球面次波在像面上相干叠加,像就是干涉场（合成）.阿贝成像原理将成像过程分为两步:第一步：衍射“分频”；第二步：衍射“合成”.阿贝成像原理的意义在于:它以一种新的频谱语言来描述信息,它启发人们用改造频谱的方法来改造信息.在两步成像的中间过程里，透镜焦面上的夫琅和费衍射图样实际上是物光波前的傅里叶频谱。高频信息高频信息透镜本身就是一个低通滤波器,物平面包含从低频到高频的信息,透镜口径限制了高频信息通过,丢失了高频信息的光束再合成时,图象的细节变模糊.要提高系统的成像质量，应该扩大透镜的孔径。1.2阿贝-波特实验（网格实验）黑白光栅有无穷多级频谱，在透镜焦面上有无穷多个衍射斑，零频衍射斑在中央，低频在近侧，高频在远侧。§2空间频率滤波很多光学仪器要求图像尽可能还原，如显微镜照相机等。从阿贝成像原理的眼光看，要求“分频”和“合成”过程中尽量不使频谱改变。而空间滤波和光学信息处理技术则是用光学仪器来改造图象。由阿贝成像原理，物信息的空间频谱展现在透镜的后焦面上，我们可以在这平面上放置不同结构的光阑，以提取（或摒弃）某些频段的物信息，即主动去改变频谱，以此来达到改造图象的目的。利用光波传播的傅里叶变换性质进行空间滤波和光学处理的系统称为相干光学处理系统。4F系统是横向放大率β=-1的系统，像与物大小相同，但方向倒立。T为频谱面，放置各种空间滤波器。凡是能直接改变光信息空间频谱的器件，通称为“空间滤波器”低通滤波器：滤掉高频分量而保留低频分量；高通滤波器：允许高频通过，低频被挡住；带通滤波器：仅仅通过某些需要的频率。　　用白光照明透明物体,物体的不同部分是由不同取向的透射光栅片组成.频谱面上(除零级外)干涉主极大呈彩色.物面上不同的部分的频谱在不同方向上.将一个方向的频谱,只保留一种颜色,滤掉其余的颜色,其对应的像面上,就显示出该频率的颜色来.*调制实验例：波长为632.8nm的激光平行入射到一块50条/mm的黑白光栅，物平面在透镜的前焦面附近，为了使频谱面上至少得到6级衍射斑，并要求相邻衍射斑的间隔不小于2mm，透镜焦距F及直径D至少要有多大？解：（1）f=50mm-1，相邻衍射斑角度间隔线距离所以透镜的焦距（2）第6级衍射斑的衍射角物平面在前焦面附近，透镜的直径截止频率例：用于一维黑白光栅傅里叶系数：b是透光部分相当于单缝衍射因子，与多缝夫琅和费衍射的振幅曲线基本一致。只是这里光栅无限长，相当于N为无限，缝间干涉因子变成了等间隔的离散值。比较平面波的波函数：每一项相当于一列平面波，衍射角为在透镜的后焦面上形成一个衍射斑，振幅正比于傅里叶级数：以平行光照射黑白光栅，出射波的波前函数为§3全息术1、全息照相（与普通照相的区别）2、波前的全息记录（全息照片的摄制）4、全息照相的特点3、物光波前的再现1、全息照相（与普通照相的区别）普通照相：通过照相机物镜成像，在底片上将物体发出的光波的强度（振幅）分布记录下来。得到的照片没有三维特征；从不同方向观察，不能看到不同侧面。全息照相：既能记录光波振幅的信息，又能记录光波相位信息的摄影。看到的像与原物有相同的形状、大小和位置。像是立体的、逼真的、生动的。一个物体是怎样被人眼“看见”的？某个物体发射的光波进入我们的眼睛，我们就看见了这个物体。如果物体被遮住，发出的波面被记录下来或被人眼看到，我们同样能感觉到物体的存在。全息照相应包含两部分：（1）（用干涉的方法）将景物特定的波面（振幅、相位）记录下来；（2）在观察时（用衍射的方法）将原来的特定的波面呈现出来。2、波前的全息记录（全息照片的摄制）底片上干涉条纹光强分布：干涉图样的形状：记录物光和参考光之间的相位关系；底片（全息图）和原物没有任何相似之处，只有一些斑斑点点。线性冲洗后，底片的透过率和光强成正比：干涉图样的明暗对比：记录物光和参考光之间的强度（振幅）关系。3、物光波前的再现（用同一束激光）照射全息图，光波在全息图上就好象在一块复杂光栅上发生衍射。