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1、精品文档班级09级1班组别1组姓名巩辰学号1090600004日期3月1日指导教师【实验题目】阿贝成像原理和空间滤波【实验目的】1.了解透镜孔径对成像的影响和简单的空间滤波；2.掌握在相干光条件下调节多透镜系统的共轴；3.验证和演示阿贝成像原理，加深对傅里叶光学中空间频率、空间频谱和空间滤波概念的理解；4.初步了解简单的空间滤波在光信息处理中的实际应用.【实验仪器与用具】GP-78光具座JSQ-250氦氖激光器及电源物（光栅）透镜×3（f=15mm、f=70mm、f=225mm）光阑片【实验原理】1、关于傅里叶光学
2、变换设有一个空间二维函数gx,y，其二维傅里叶变换为：Gf,fFgx,ygx,yexpi2fxfydxdyxyxy式中f、f分别为x、y方向的空间频率，gx,y是Gf,f的逆傅里叶变换，即：xyxyg(x,y)F1Gf,fGf,fexpi2fxfydfdfxyxyxyxy该式表示：任意一个空间函数gx,y可表示为无穷多个基元函数expi2fxfy的xy线性叠加。Gf,fdfdf是相应于空间频率为f、f的基
3、元函数的权重，Gf,f称xyxyxyxy为gx,y的空间频谱。理论上可以证明，对在焦距为f的会聚透镜的前焦面上放一振幅透过率为gx,y的图像作为物，并用波长为的单色平面波垂直照明，则在透镜后焦面x,y上的复振幅分布1欢迎下载。精品文档就是gx,y的傅里叶变换Gf,f，其中空间频率f、f与坐标x、y的关系为：xyxyxfxfyfyf故x,y面称为频谱面（或傅氏面），由此可见，复杂的二维傅里叶变换可以用一透镜来实现，称为光学傅里叶变换，频谱面上的光强分布，
4、也就是物的夫琅禾费衍射图。2、关于阿贝成像原理阿贝（E.Abbe）在1873年提出了相干光照明下显微镜的成像原理。他认为，在相干光照明下，显微镜的成像可分为两个步骤：第一步是通过物的衍射光在物镜的后焦面上形成一个衍射图；第二步是物镜后焦面上的衍射图复合为（中间）像，这个像可以通过目镜观察到。成像的这两个步骤本质上就是两次傅里叶变换。第一步把物面光场的空间分布gx,y变为频谱面上空间频率分布Gf,f，第二步则是再作一次变换，又将Gf,f还原到xyxy空间分布gx,y。图6-3-1显示了成像的两个步骤。
5、我们假设物是一个一维光栅，单色平行光垂直照在光栅上，经衍射分解成为不同方向的很多束平行光（每一束平行光相应于一定的空间频率），经过物镜分别聚焦在后焦面上形成点阵。然后代表不同空间频率的光束又重新在像面上复合而成像。如果这两次变换完全是理想的，即信息没有任何损失，则像和物应完全相似（可能有放大或缩小），但一般说来像和物不可能完全相似，这是由于透镜的孔径是有限的，总有一部分衍射角度较大的高次成分（高频信息）不能进入到物镜而被丢弃了，所以像的信息总是比2欢迎下载。精品文档物的信息要少一些。高频信息主要反映了物的细节，如果
6、高频信息受到了孔径的限制而不能达到像平面，则无论显微镜有多大的放大倍数，也不可能在像平面上显示出这些高频信息所反映的细节，这是显微镜分辨率受到限制的根本原因。特别是当物的结构非常精细（如很密的光栅）或物镜孔径非常小时，有可能只有０级衍射（空间频率为０）能通过，则在像平面上完全不能形成像．3、空间滤波根据上面讨论，透镜成像过程可看作是两次傅里叶变换，即从空间函数gx,y变为频谱函数Gf,f，再变回到空间函数gx,y（忽略放大率）。显然如果我们在频谱面（即xy透镜的后焦面）上放一些不同结构的光阑，以提取（或
7、摒弃）某些频段的物信息，则必然使像面上的图像发生相应的变化，这样的图像处理称为空间滤波，频谱面上这种光阑称为滤波器。滤波器使频谱面上一个或一部分频率分量通过，而挡住其它频率分量，从而改变了像面上图像的频率成分。例如光轴上的圆孔光栏可以作为一个低通滤波器，而圆屏就可以用作为高通滤波器。【实验光路】【实验内容与步骤】1、共轴光路调节在光具座上将小圆孔光阑靠近激光管的输出端，上下左右调节激光管，使激光束能穿3欢迎下载。精品文档过小孔；然后移远小孔，如光束偏离光阑，调节激光管的仰俯，再使激光能穿过小孔，重新将光阑移近，反复
8、调节，直至小孔光阑在光具座上平移时，激光束能通过小孔光阑。2、阿贝成像原理实验如实验光路图在物平面上放上一维光栅，用激光器发出的细锐光束垂直照到光栅上，用一短焦距薄透镜（6~10cm）组装一个放大的成像系统，调节透镜位置，使光栅狭缝清晰地成像在像平面屏上，那么在频谱面上的衍射点如图所示。在频谱面上放上可调狭缝或滤波模板，使通过的衍射点如下图所示：（a）全部；
