实验七空间滤波实验.doc

《实验七空间滤波实验.doc》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、实验七空间频率滤波器一、实验目的（1）知道光信息处理的原理。（2）掌握光信息处理的实验装置和技术。（3）掌握基本空间滤波器的作用。二、原理概述(图17-1)光信息处理的三透镜系统实验装置用(图7-1)来说明最常见的在频域内作光信息处理的实验装置，常称为三透镜系统。三个透镜的焦距都相同为f，两透镜之间的距离为2f。其中插有平面，平面与相邻透镜的距离为也f。光信息处理的原理是基于透镜的傅立叶变换性质和谱面上的空间滤波。在(图7-1)中第一个透镜把点光源变为平行光束，照射到照片（物）上，该照片置于第二个透镜的前焦面上，在透镜的后焦面上，可观

2、察到照片的频谱。第三个透镜把置于自己前焦面的照片频谱，又重新变换为原照片的像，像位于的后焦面上。如果在谱面上采用各种不同的空间滤波器来改变照片的频谱，就能改变照片像的性质，这就是光学空间滤波过程。在谱面上插入一个滤波器，实际上是对照片的频谱进行调制，能去处或增加照片的频谱，当滤波后的频谱被透镜傅里叶变换到像面上后，照片的像将发生改变，不需要的部份(例如噪声)就会被去除，或增加某些新的内容，以方便我们进行照片识别，这就叫做图像处理。其关键技术就是各种滤波器的制作和使用。本实验仅介绍几种常见的简单空间滤波器。1．低通和高通滤波器(a)低通

3、滤波器(b)高通滤波器(图17-2)低通和高通滤波器如(图7-2a)所示的一中心透光的圆孔，它就是低通滤波器。它的作用是能让低空间频率的光波通过，而将高空间频率的光波档住。因为在频谱面上位置坐标，越靠近光轴的点，也就是衍射角较小的点，它的空间频率越低。当照片上有小的霉点和灰尘时，它们的频谱会充满整个谱面，如果使用低通滤波器，就能挡住它们的绝大部分谱的光强，故在像面上它们将被滤除掉。只要控制低通滤波器的通光孔的半径(决定了低通滤波器的截止频率)，就能滤去那些衍射的爱里圆盘半径大于截止频率的灰尘。拍摄全息像使用的针孔滤波器就是低通滤波器的

4、典型例子，它被用来滤去物光和参考光路中光学元件上的灰尘影响。高通滤波器和低通滤波器的作用相反，如(图7-2b)所示的一中心不透光的圆孔，它只让高频通过，而不让低频通过，这就导致谱面上光轴附近的一片黑，也就是照片的对比度反转。1．方向滤波器(a)(b)(图17-3)方向带通和带阻滤波器如(图7-3a)所示的方向带通滤波器，它只能让垂直方向的平行线的频谱通过。故导致在滤波后的像面上滞留下垂直方向的平行线条。方向带阻滤波器如(图17-3b)所示，它不能让垂直方向的平行线的频谱通过。故导致在滤波后的像面上垂直方向的平行线完全被滤除掉。依据同样

5、的道理，我们可以制作出任意方向(例如方向)的带通或带阻滤波器，来去除或只留下该方向的平行线条。三、实验仪器及注意事项光学平台一张He-Ne激光器一台扩束镜Ｌ1（f=6.2或15mm）一个准直透镜Ｌ2（f=190mm）一个变换透镜Ｌ3（f=225mm）一个二维架三个升降调节座（SZ－03）一个正交全息相位光栅（10mm-1）一块全息相位光栅（20L／mm）一块低通滤波器（可调光阑代替）一个高通滤波器（可调光阑代替）一个不同方向滤波器（可调光阑代替）两个注意事项（1）所有光学镜片，不能用手摸，不能对着哈气。用后放入干燥箱内。如果发现有不清

6、洁现向，应交教师处理。（2）构建光路时，可用细激光束作光轴。（3）构建光路的所有镜子和光学元件的中心，必需事先和光轴放在统一高度上。四、实验内容1．全息光栅的频谱及滤波过程①用扩束镜Ｌ1和准直镜Ｌ2组成平行光束光路(注意检查是否真正是平行光！本实验关键)，用Ｌ3做傅立叶变换透镜，组成如(图7-4)的光路，其中从谱到像的变换透镜省略，在无穷远(四米以外即可)点放上一白屏作为像面，在上观察物体的像。(图7-4)光学空间滤波的实验装置②把全息相位光栅放到如图(图7-4)所示的光信息处理系统的物平面上。前后移动透镜Ｌ2，使光栅的频谱清晰出现在

7、透镜Ｌ3的后焦面上(即谱面)成为一组平行点(就是全息光栅的谱)，中间亮点是0级，此后是±1，±2，……，在像面上观察全息光栅的像。③遮住除0级外的所有级(相当于低通滤波器)，在像面上观察全息光栅的像。④遮住除0和±1级外的所有级，在像面上观察全息光栅的像。⑤只遮住±1级，在像面上观察全息光栅的像。指出上述各种情况下的像的变化。(a)(b)(图7-5)方格栅物体和它的频谱2．全息正交光栅的频谱及滤波过程①把正交全息相位光栅放到如图(图7-5)所示的光信息处理系统的物平面上。前后移动透镜Ｌ2，使光栅的频谱清晰出现在透镜的后焦面上(即谱面)

8、成为一组方形点阵(就是正交全息光栅的谱)，中间亮点是0级，此后是±1，±2，……，在像面上观察全息光栅的像。②若在谱面上使用低通滤波器，进行滤波(即只让中心亮点通过)后，则在像面上看到一片亮光(相当于，)，如图7-6a所