课程设计 空间滤波和白光信息处理

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1、课程设计空间滤波和白光信息处理摘要本课程设计通过对傅立叶光学变换原理、空间滤波的分析，提出了光信息处理实验系统的设计方案和设计思想，叙述了基于信息光学理论建立光信息处理系统的过程。系统的组建与调试涉及到两个实验：空间滤波实验和q调制实验。这两个实验验证了阿贝成像原理，揭示了空间频率的物理意义，并且q调制实验基于对阿贝-波特实验的改进实现了空间假彩色编码。文章对获得的结果进行了分析。关键词：阿贝成像原理q调制空间滤波傅立叶光学AbstractTheexperimentalsystemofopticalinforma

2、tionprocessingwasintroduced,andtheinstaurationofopticalinformationprocessingsystembasedonthetheoryofopticshasbeennarrated.Theinstaurationanddebuggingofthesystemrelatetotwoexperimental:theexperimentofspatialfilteringandtheexperimentofqmodulate.Inthetwoexperime

3、ntal,theAbbeimagingprinciplehasbeenvalidated,thesignificanceofspatialfrequencyhasbeenrevealed,andthespatialpseudo-colorencodingachievedbyexperimentofqmodulatehasbeenbasedontheameliorationoftheAbbeimagingprinciple.Theprojectandthedesignideawasbroughtforwardbas

4、edontheanalysisofFourieropticaltransform、spatialfiltering,instaurationofthesystemandtheresultwasanalyzed.Thesystemofopticalinformationprocessinghavebeenaccomplished。Keywords:Abbeimagingprinciple，qmodulate，spatialfiltering，Fourieroptics第一章引言28课程设计自六十年代激光出现以来，光

5、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。下面我们将通过对阿贝成像原理的讨论来阐明空间频率、频谱和空间滤波等傅里叶光学中的几个基本概念。现代光学的一个主要部分为光信息处理,阿贝成像原理和阿贝波特实验开创了光信息处理的先河,在历史上有重要的地位。由于光的衍射,图像的夫琅和费衍射分布,即图像的空间频谱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

6、学信息处理的历史可以一直追溯到125年前阿贝所做的研究工作。当时他对显微术的理论很有兴趣，打算建立设计显微镜的科学方法。他发现显微物镜的孔径越大。分辨率越高。他还发现显微镜所观察的标本中与光波波长同量级的小物体引起光波的衍射，使光线的传播偏离几何光学的路径。如果物镜的孔径不足以收集物体所有的衍射光，显微镜中物体的像将不是原来物体的完善的像，而是由物镜收集的那一部分衍射光生成的“虚拟像”。丢失的信息是高频信息。因此显微镜可以看作是一个低通滤波器。显微镜的孔径越大(严格地讲，应当说是“相对孔径”越大)，系统的通频带越

7、宽，物体中所包含的高频信息在成像过程中的损失就越少。光学系统或光学仪器是传递图像信息的系统，在传递过程中信息损失越少，像与物的差别就越小，像的质量就越高。反之，孔径(相对孔径)越小，在传递过程中高频信息的损失就越大，像的失真或畸变就越严重，清晰度或分辨率越低。1960年，Porter用一系列实验阐明了阿贝的理论。一组很细的网状物体O用准直的相干光照明，在成像透镜L的焦面上出现了网状物体的衍射图形，而在像平面I上则出现网状物体的像。如果在焦平面上加各种滤波器，输出图像就会发生变化。例如，在焦平面上放置一个水平的狭缝

8、s，网格就会变成—组垂直的线条，如图1.1所示。图1.1在焦平面上的一个水平狭缝消除了网格像的水平线条Zernike在1935年发明的相衬显微镜对光学信息处理做出了举足轻重的贡献。众所周知，人门看见一个物体。是因为该物体与周围环境有显著的差别。这一类结构称为“振幅”物体，因为该物体调制了照明光的振幅然而另一类“相位”28课程设计物体调制了照明光束的相位。由于人眼只能探测光