空间滤波实验及报告

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1、實驗七空間濾波一、實驗目的：瞭解空間濾波的原理與效果。二、實驗內容：（一）了解光學系統的成像原理。（二）觀看濾波的方法與功效。三、實驗裝置：（一）光具座組（六）影像放大用鏡頭（二）雷射（七）濾波器（三）主成像透鏡（八）放大鏡（四）凸透鏡（九）細目鋼網（五）阻隔片及轉檯影像鏡頭像主透鏡(2)阻隔片主透鏡(1)鋼網凸透鏡空間濾波器雷射圖7-1空間濾波實驗系統示意圖四、實驗步驟：16/16（一）實驗器材的安裝1.將雷射及其安裝架置於光具座上，調整光是與光具座平行，在幕上標示光束的位置。2.安放第一個主透鏡，使光束透過鏡心

2、後，光束中心點仍落在標示點上。3.利用上述方法依次放入第二個主透鏡，影像放大鏡及凸透鏡。4.在空間濾波器上裝好顯微物鏡，仔細調整雷射架上旋鈕，使光束中心點仍落在標示點上。（二）空間濾波器的調整1.顯微物鏡後退原離微孔架，裝上微孔並在凸透鏡上覆蓋一層白紙。2.調整微孔位置，使雷射光通過微孔落在白紙上。3.緩慢的前移顯微物鏡，同時精確的修正微孔位置，使雷射光在白紙上的像保持同心環紋。4.繼續上述調整，直到所有同心環紋消失，紙上只剩下非常純淨的第零級亮點為止。（三）觀察各阻隔板的濾波效果1.16/16平面鏡插入在凸透鏡與

3、第一個主透鏡之間，前後調整凸透鏡的位置，使反射光聚焦於微孔面上，則通過凸透鏡的雷射光為平行光。1.鋼網緊靠凸透鏡放置，第一個主透鏡移到與其相距24ｃｍ處（主透鏡的焦距），第二個主透鏡移到與第一個主透鏡相距48ｃｍ處。2.平面鏡插入在第二個主透鏡之後，精確的修正第二個主透鏡位置，使反射光聚焦於微孔面上，則通過第二個主透鏡的雷射光為平行光。3.影像放大用鏡頭安放在第二個主透鏡後24ｃｍ處，仔細調整其位置，使幕上清晰呈現鋼網的放大像（利用放大鏡看幕上的像）。4.阻隔片及轉檯安放在兩個主透鏡中間，鋼網的繞射花紋在阻隔片上，

4、分別更換6種不同的阻隔片，以去除部份鋼網的繞射花紋，觀察並記錄各阻隔片所對應的圖像。（利用放大鏡仔細分辨幕上的像）5.比對原網格及其經過空間濾波修正後，兩個圖像之間的差異，並解釋產生差異的原因。6.請列舉一個應用空間濾波的實例。一、問題：（一）如果濾波器的pinhole掉了，對實驗的影響為何？（二）16/16試分析本實驗的誤差？實驗中有那些因子會影響實驗結果？請一一列出，並估計其影響。（一）分析本實驗的誤差？(請參閱參考報告對本實驗相關問題作思考，以增加對實驗的了解及深度探索。)一、參考文獻：（一）E.Hecht,

5、‘Optics,’2nd.ed.(Addison-Wesley,1987),chapter11（二）M.BornandE.Wolf,‘PrinciplesofOptics’7th.ed.(Cambridge,1999),chapter8（三）M.V.KlenandT.E.Furtak,‘Optics,’2nd.ed.(Wiley,1986)chapter6and7（四）B.G.Boone,SignalprocessingusingOptics’,(Oxford,1998)chapter5,chapter10-12（

6、五）F.L.Pedrotti,S.T.andL.S.Pedrotti,‘IntroductiontoOptics,’(Prentice,1993),chapter1616/16參考報告(一)：本份報告僅供參考（取自於物理90級劭華潔，吳柏毅，溫柄閎，曾至國，鄭恪亭）（一）實驗裝置：1.光具座組2.雷射及濾波器3.主成像透鏡4.凸透鏡5.影像放大用鏡頭6.阻隔片及轉檯7.細目鋼網8.放大鏡（二）原理:本實驗是利用空間的傅利葉轉換。先將雷射光作成一束平行光，再經過鋼網產生干涉的雷射光，經過一透鏡組後即將雷射光做空間的傅

7、利葉轉換。產生一光點陣列，較亮之點形成十字型，在最中心點的頻率即為零，依次往兩旁遞增。若此時加一阻隔片，擋掉光點陣列中之某些點。之後放另一組透鏡組做另一次逆傅利葉轉換，最後成像於幕上。其中在兩透鏡組之間放入隔板即為空間濾波，可以改變隔板的結構使其擋掉特定光點，如擋掉中央亮點時成的像亮度會變暗，但不會改變干涉圖案。因為中央亮點的頻率為零，即唯一DC值。擋掉後即減去DC值，因此成像變暗。FTF(ω)=∫f(t)exp(-2πiωt)dtf(t)=∫F(ω)exp(2πiωt)dω16/16（二）驗步驟1.各項實驗器材的

8、安裝（1）將雷射及其安裝架置於光具座上，調整光是與光具座平行，在幕上標示光束的位置。 （2）安放第一個主透鏡，使光束透過鏡心後，光束中心點仍落在標示點上。 （3）利用上述方法依次放入第二個主透鏡，影像放大鏡及凸透鏡。 （4）在空間濾波器上裝好顯微物鏡，仔細調整雷射架上旋鈕，使光束中心點仍落在標示點上。 2.空間濾波器的調整 （1）顯微物鏡後退原離微孔架，裝