近代物理实验总结 空间滤波

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1、空间滤波空间滤波摘要：空间滤波（spatialfiltering）是基于阿贝成象原理的一种光学信息处理方法，它采用滤波处理来增强影像。这样做的目的是改善影像质量，包括去除高频噪声与干扰，及影像边缘增强、线性增强以及去模糊等。本文我先介绍一下空间滤波的发展，然后介绍下空间滤波实验最后写些自己认为可以的应用情况。关键词：空间滤波图像处理实验技术应用1、综述自六十年代激光出现以来，光学的重要发展之一是将数学中的傅里叶变换和通讯中的线性系统理论引入光学，形成了一个新的光学分支——傅里叶光学。傅里叶光学的数学基础是傅里叶变换，它的物理基础是光的衍射理论。第4页，共

2、3页空间滤波现代光学的一个主要部分为光信号处理，阿贝成像原理和阿贝波特开创了光信号处理的先河，在历史上有着重要的地位。由于光的衍射，图像夫琅禾费衍射分布，即图像的空间频率分布与图像的空间分布规律不同，这使得在频谱面上对其进行处理可获得一些特殊的图像处理效果。光学信号处理的历史可以一直追溯到125年前阿贝所做的研究工作。Zernike在1935年发明了相衬显微镜，它对光学信息处理做出了举足轻重的贡献。1960年，Proter用一系列实验阐明了阿贝的理论。同年，Cutrona等明确提出用透镜进行傅里叶变化的方案，从而傅里叶变换就可以用透镜简单地实现这一技术的

3、特点，除了构成傅里叶谱以外，还在与系统中可以串联使用。1、空间滤波实验简介2.1阿贝成像理论阿贝研究显微镜成像时，提出了一种不同于几何光学的新观点，即将物像看成是不同空间频率的集会，在相干光照明下，显微镜物镜的成像过程分两步完成，第一步是入射光经物平面发生夫琅禾费衍射，衍射光在物镜后焦面上形成一系列的衍射斑(初级衍射图或称频谱图)第4页，共3页空间滤波；第二步是各种衍射斑作为新的次波源向前发出球面次波，在像面上干涉叠加，形成目镜焦面上的像。将显微镜的成像过程看成是上述两步成像的过程，是波动光学的观点，后来人们称其为阿贝成像理论。阿贝成像理论不仅用傅里叶变

4、换阐述了显微镜成像的机理，更重要的是首次引入频谱的概念，启发人们用改造频谱的手段来改造信息。阿贝——波特实验是对阿贝成像原理最好的验证和演示。2.2空间滤波器在光学信息处理系统中，空间滤波器是位于空间频率平面上的一种吸收膜片，它可以减弱或去掉某些空间频率成份，改变输入信息的空间频谱，从而实现对输入信息的某种变换，得到我们所希望的改变了的像函数。这种对图像作处理的方法称之为空间滤波。空间滤波器的透过率函数一般是复函数H(ξ,η)=A(ξ,η)exp[jФ(ξ,η)]根据透过率函数的性质，空间滤波器可以分为以下几种：二元振幅滤波器这种滤波器的复振幅透过率是0

5、或1。振幅滤波器这种滤波器仅改变各频谱成份的相对振幅分布，而不改变其相位分布，通常是使感光片上的透过率变化正比于函数A(ξ,η)，从而使光场的振幅得到改变。为了作到这一点，必须按一定的函数分布来控制底片的曝光量分布。相位滤波器它只改变空间频谱的相位，不改变它的振幅分布。由于不衰减入射光的能量，具有很高的光学效率。这种滤波器通常用真空镀膜的方法得到，但由于工艺方法的限制，要得到复杂的相位变化是很困难的。复数滤波器这种滤波器对各种频率成份的振幅和相位都同时起调制作用，滤波函数是复函数。它的应用很广泛，但难于制造。1963年范德拉格特用全息方法综合出复数空间滤

6、波器，1965年罗曼和布劳恩用全息技术制作成复数滤波器，从而克服了制作空间滤波器的重大障碍。2.3实验内容：用一组透镜对激光束进行扩束，使原来较细的激光束变成一束较粗的平行光束。并照亮由正交光栅构成的“光”字屏。由傅里叶透镜进行傅里叶变换，在频谱面上得到“光”第4页，共3页空间滤波字的空间频谱。通过对空间频谱的滤波改造，得到滤掉特定频谱分量的“光”字图像。通过实验，了解掌握阿贝成像原理，阿贝-波特实验原理，以及傅里叶光学中空间频谱和空间滤波的概念。实验装置图如下所示：先调整光路然后用空间滤波器换下白屏，分别用高通、低通、水平狭缝、垂直狭缝、45度狭缝对空

7、间频谱进行滤波，观察像的变化规律；1、实验中空间滤波的应用1)卫星拍照下来的月球照片是由许多照相底片细工镶嵌而成的“合成照片”,但还能看到各底片的接缝处的水平痕迹.为了除去这些痕迹,可用不透光的细长条将这些水平接缝的频谱当住,在输出面上就得到没有接缝的底片.2)地震波记录的光学信息处理.第4页，共3页空间滤波3)检查大规模微型集成电路板的疵病.4)相衬显微镜.5)对动态图像进行空间滤波处理后，检测移动物体.6)对空间滤波器优化，抑制强方向性背景干扰、检测弱信号，可以提高弱信号检测性能,提高目标方位分辨率.7)去噪。参考文献1.《近代光学信息处理》.宋菲君

8、.1998.42.《光信息科学与技术应用》.郑光昭.2002.10.电子工业出版