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1、第一章習題解答1.1已知不變線性系統(tǒng)的輸入為系統(tǒng)的傳遞函數(shù)。若b?。?)(2),求系統(tǒng)的輸出。并畫出輸出函數(shù)及其頻譜的圖形。答:(1)圖形從略,(2)圖形從略。1.2若限帶函數(shù)的傅里葉變換在長度為寬度的矩形之外恒為零,(1)如果,,試證明證明:(2)如果,,還能得出以上結(jié)論嗎?答:不能。因為這時。1.3對一個空間不變線性系統(tǒng),脈沖響應為試用頻域方法對下面每一個輸入,求其輸出。(必要時,可取合理近似)(1)答:(2)9答:(3)答:(4)答:1.4給定一個不變線性系統(tǒng),輸入函數(shù)為有限延伸的三角波對下述傳遞函數(shù)利用圖解方法確定系統(tǒng)的輸出。(1)(2)9答:圖解方法是在頻域里進行的,首先要計算輸入函
2、數(shù)的頻譜,并繪成圖形方括號內(nèi)函數(shù)頻譜圖形為:圖1.4(1)圖形為:圖1.4(2)9因為的分辨力太低,上面兩個圖縱坐標的單位相差50倍。兩者相乘時忽略中心五個分量以外的其他分量,因為此時的最大值小于0.04%。故圖解頻譜結(jié)果為:圖1.4(3)傳遞函數(shù)(1)形為:圖1.4(4)因為近似后的輸入函數(shù)頻譜與該傳遞函數(shù)相乘后,保持不變,得到輸出函數(shù)頻譜表達式為:其反變換,即輸出函數(shù)為:9該函數(shù)為限制在區(qū)間內(nèi),平均值為1,周期為3,振幅為1.37的一個余弦函數(shù)與周期為1.5,振幅為0.342的另一個余弦函數(shù)的疊加。傳遞函數(shù)(2)形為:圖1.4(5)此時,輸出函數(shù)僅剩下在及兩個區(qū)間內(nèi)分量,盡管在這兩個區(qū)間內(nèi)
3、輸入函數(shù)的頻譜很小,相對于傳遞函數(shù)(2)在的零值也是不能忽略的,由于可以解得,通過傳遞函數(shù)(2)得到的輸出函數(shù)為:該函數(shù)依然限制在區(qū)間內(nèi),但其平均值為零,是振幅為0.043,周期為0.75,的一個余弦函數(shù)與振幅為0.027,周期為0.6的另一個余弦函數(shù)的疊加。1.5若對二維函數(shù)抽樣,求允許的最大抽樣間隔并對具體抽樣方法進行說明。答:9也就是說,在X方向允許的最大抽樣間隔小于1/2a,在y方向抽樣間隔無限制。1.6若只能用表示的有限區(qū)域上的脈沖點陣對函數(shù)進行抽樣,即試說明,即使采用奈魁斯特間隔抽樣,也不能用一個理想低通濾波器精確恢復。答:因為表示的有限區(qū)域以外的函數(shù)抽樣對精確恢復也有貢獻,不可省
4、略。1.7若二維不變線性系統(tǒng)的輸入是“線脈沖”,系統(tǒng)對線脈沖的輸出響應稱為線響應。如果系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為,證明:線響應的一維傅里葉變換等于系統(tǒng)傳遞函數(shù)沿軸的截面分布。證明:1.8如果一個空間不變線性系統(tǒng)的傳遞函數(shù)在頻率域的區(qū)間,之外恒為零,系統(tǒng)輸入為非限帶函數(shù),輸出為。證明,存在一個由脈沖的方形陣列構(gòu)成的抽樣函數(shù),它作為等效輸入,可產(chǎn)生相同的輸出,并請確定。答:為了便于從頻率域分析,分別設:物的空間頻譜;像的空間頻譜;等效物體的空間頻譜;等效物體的像的空間頻譜由于成像系統(tǒng)是一個線性的空間不變低通濾波器,傳遞函數(shù)在9之外恒為零,故可將其記為:、利用系統(tǒng)的傳遞函數(shù),表示物像之間在頻域中的關系為在頻域
5、中我們構(gòu)造一個連續(xù)的、二維周期性分布的頻域函數(shù),預期作為等效物的譜,辦法是把安置在平面上成矩形格點分布的每一個點周圍,選擇矩形格點在、方向上的間隔分別為和,以免頻譜混疊,于是(1)對于同一個成像系統(tǒng),由于傳遞函數(shù)的通頻帶有限,只能允許的中央一個周期成份()通過,所以成像的譜并不發(fā)生變化,即圖1.8用一維形式表示出系統(tǒng)在頻域分別對和的作用,為簡單計,系統(tǒng)傳遞函數(shù)在圖中表示為。9圖題1.8既然,成像的頻譜相同,從空間域來看,所成的像場分布也是相同的,即因此,只要求出的逆傅立葉變換式,就可得到所需的等效物場,即帶入(1)式,并利用卷積定理得到(2)上式也可以從抽樣定理來解釋。9是一個限帶的頻譜函數(shù),
6、它所對應的空間域的函數(shù)可以通過抽樣,用一個點源的方形陣列來表示,若抽樣的矩形格點的間隔,在方向是,在方向是,就得到等效物場;(3)(4)把(3)、(4)式代入(2)式,得到利用函數(shù)性質(zhì)(1.8)式,上式可寫為這一點源的方形陣列構(gòu)成的等效物場可以和真實物體產(chǎn)生完全一樣的像.本題利用系統(tǒng)的傳遞函數(shù),從頻率域分析物象關系,先找出等效物的頻譜,再通過傅立葉逆變換,求出等效物場的空間分布,這種頻域分析方法是傅立葉光學問題的基本分析方法。9