现代光学第5章 光学信息处理ppt课件.ppt

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1、第5章光学信息处理5.1　阿贝-波特实验、泽尼克相衬法和空间频率滤波5.2　相干光学处理5.3　非相干光处理5.4　白光信息处理5.5　非线性光学处理5.6　实时光电混合处理技术5.1　阿贝-波特实验、泽尼克相衬法　　　　和空间频率滤波5.1.1　阿贝-波特实验与二元振幅滤波器　　1.阿贝-波特实验阿贝-波特实验的原理如图5.1-1所示。图5.1-1　阿贝-波特实验原理图2.空间频率滤波的傅里叶分析设图5.1-1中光栅透光的矩形孔的边长分别为l和m，相邻两孔之间的距离分别为p和q，并设其中一个矩形孔中心位于坐标原点处，则光栅的

2、振幅透射系数函数可以表示为　　　　　　　　　　　　　　　　(5.1-1)用单位振幅的相干平面波垂直入射照明光栅，则光栅后表面的复振幅分布为(5.1-2)若光栅面为有限大小，则可引入光瞳函数P(x0,y0)，这时光栅后表面的复振幅分布为(5.1-3)频谱面上光波场复振幅分布即为U(x0,y0)的傅里叶变换(5.1-4)如果在频率域内取如图5.1-2(a)所示的长、宽分别为L、M的矩形孔H(ξ,η)=rect(ξ/L,η/M)作为二元滤波器，置于频谱面，则无限光栅经二元滤波器后的复振幅分布为　　(5.1-5)图5.1

3、-2　二元滤波器(a)矩形孔滤波器；(b)中心遮挡的矩形孔滤波器然后经过第二次傅里叶变换，如果坐标反向，则相当于进行一次傅里叶逆变换。在输出面上得到处理后的像光波场为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(5.1-6)如果滤波器是水平狭缝，即L→∞(足够大)，而M→0(足够小)，则式(5.1-6)中的Lsinc(Lxi)=sin(πLxi)/πxi→δ(xi)，而Msinc(Myi)在足够大的坐标区间内趋于1，从而［rect(yi/m)*comb(yi/q)］*1=常数。这样,像面上的光波场复振幅分布为

4、　　　　　　　　　　　　　(5.1-7)上述分析同样可以解释阿贝-波特实验中出现的像对比度翻转现象。如果在频谱面内放置图5.1-2(b)所示的二元滤波器，则滤波函数可写成　　　　　　　　　　　　　　(5.1-8)仍考虑滤波器为水平狭缝，即L→∞，而M→0。这时像面上的光波场复振幅分布为(5.1-9)如果滤波器中心的遮挡部分很小，只阻断频谱中的零频分量，则有R→0，Rsinc(Rxi)→1，rect(xi/l)*comb(xi/p)*［Rsinc(Rxi)］为一常数C′。所以,像面的复振幅分布为　　　　　

5、　　　　　　　　　(5.1-10)即为光栅像减去一个常数。最后得到对比度翻转的像面光强分布，其过程如图5.1-3所示。图5.1-3　二维矩形光栅对比度翻转滤波过程(a)光栅透过率的函数(一维)；(b)光栅的空间频谱分布(一维)；(c)中心遮挡的狭缝滤波函数；(d)滤波后像面的复振幅分布；(e)对比度翻转后的像面光强分布3.二元振幅滤波器的分类通过以上讨论可见，使用二元滤波器的空间滤波技术能够改变成像系统内像场中的光强分布。图5.1-4　二元振幅滤波器示意图(a)低通滤波器;(b)高通滤波器；(c)带通滤波器;(d)方向滤波器5.

6、1.2　泽尼克相衬显微镜和相位滤波器为了说明相衬显微镜和相位滤波器空间滤波的原理，我们把相位物体的振幅透射系数写成其中j(x0,y0)为该相位物体的相位分布。假定j(x0,y0)很小，展开　　　　　　忽略j2以上的高次项，得到　　　　　　　　　　　　　(5.1-11)频谱面上的光波场分布为　　　　　　　　　　　　　(5.1-12)如果在频谱面上放置相位滤波器，正好使零频分量相对其他频谱的相位改变±π/2，则滤波后的频谱变为　　　　　　　　　　　　　　(5.1-13)像面上的光波场分布为(5.1-14)像面上的光强分

7、布为(5.1-15)为了减小背景的亮度，以突出j所引起的光强变化，可采用振幅相位复合滤波器，使零频分量不但产生±π/2的相位变化，而且振幅衰减一个系数，这时有　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(5.1-16)像面上的复振幅分布为(5.1-17)光强分布则(略去j的二次项)为(5.1-18)5.2　相干光学处理5.2.1　基本相干光处理系统　　1.光学频谱分析系统光学频谱分析系统的原理图如图5.2-1所示，它由两个透镜(或透镜组)L1和L2组成。图5.2-1　光学频谱分析系统振幅透过率为f(x0,y0)的透明片作为

8、输入函数置于L2的前焦面(输入面)，经过L2的变换，在其后焦面(输出面)就得到输入函数f(x0,y0)的频谱F(ξ,η)。　　　　　　　　　　　　　　　　(5.2-1)2.光学滤波系统典型的光学滤波系统如图5.2-2所示。图5.2-2　典型光