现代光学系统第六章教程.ppt

第六章 空间滤波介绍空间滤波原理及其应用; 空间滤波的基本原理; 阿贝成像理论和实验; 典型的空间滤波系统? 4 f 系统; 空间频率的傅立叶分析; 空间滤波器的结构类型.; 空间滤波是指在光学系统的傅立叶频谱面上放置适当的滤波器，以改变光波的频谱结构，使所得像按照人们的要求得到预期的改善。 空间滤波是光信息处理的重要手段之一。;透镜的成像过程分为两步： 物光波经过透镜在后焦面上产生夫琅和费衍射，形成频谱第一次衍射像； 频谱作为次波源发出次波在像平面上干涉形成物的像形成第二次衍射像。;2 阿贝－波特实验;网格频谱照片;谱面上的空间频谱分布特性;像和系统传递的空间频谱之间存在一一对应的关系； 像和物的相似程度完全取决于物体有多少频率成分能被系统传递到像面； 在频谱面上放置狭缝、小孔等光阑改变透射的频谱，则输出像的结构将发生变化。;空间频率滤波系统利用透镜的傅立叶变换特性，在物体的频谱面上加入适当的滤波器，借以改变物的频谱，最终使物图像达到期望的变化。 空间滤波系统有多种结构，4f系统是最典型的一种相干光处理系统。;目的：以一维光栅为例，用傅立叶分析方法来分析空间滤波过程。理解改变系统透射频谱对像结构的改变。;讨论在频谱面P2上放置不同的滤波器时，在P3输出面上的像结构变化：;狭缝滤波器只通过0级、正、负一级谱通过。;滤波后的谱：;小圆屏滤波器，不通过0级谱，其余频谱全部通过;滤波后的谱：;空间滤波器的结构类型;位相滤波器： 仅改变各频率成分的相对位相分布，而不改变其振幅分布； 滤波函数可仅用纯虚数表示； 采用镀膜时控制膜层厚度来制作位相滤波器；制作连续位相变化的位相滤波器比较困难。;二元滤波器： 滤波函数值取0或1。可分为低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和方向滤波器。;泽尼克相衬显微术：将位相物变成空间调制。 方法是在物的频谱面上放一变相板改变本底光和衍射光的位相关系和幅度比例。 位相型物体——不改变入射光的振幅，仅因厚度或折射率变换改变入射光的位相分布。如：生物切片、未染色的细菌等； 位相物体的复透过率：; 一般显微镜看不到衍射光：由于它与很强的本底之间存在?／2的位相差。 如果能够改变本底与弱衍射光之间的这种值相互正交关系，那么两项间就会直接叠加发生干涉，产生可观察的强度变化。 方法：在频谱面上放一块变相板改变被聚焦的本底光和衍射光之间的位相关系，同时使本底光的强度作适当的衰减。 材料：在优质光学玻璃平板的中心淀积一层透明材料而成，实际就是一个位相滤波器，其滤波函数为：;滤波后的频谱：;补偿滤波器：改变系统的传递函数，提高成像质量。 方法是在物的频谱面上放一适当的滤波器，使补偿后的传递函数更加均匀。 总是希望：光学成像系统的传递函数尽量均匀。 例如光学系统的脉冲响应函数为 ;吸收板和退相板组合;;暗场法和纹影法; 位相物体的复透过率：;纹影法：在成像透镜L的后焦面上，在透镜轴线处加一个刀口作为滤波器，以阻挡一半衍射光，将相位物的信息转化为强度。;纹影法应用于风洞实验测量气流密度;总结： 1）空间滤波的实质是利用光学系统实现物的频谱的空间分布，于是在光谱分布的空间面上利用适当的空间滤波器实现光信息处理。 2）介绍几种典型的空间滤波器及其应用。