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《突發(fā)公共衛(wèi)生事件應(yīng)急處理預(yù)案》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。
1、空間頻譜與空間濾波一、實驗背景近三十年來,波動光學(xué)的一個重要發(fā)展,就是逐步形成了一個新的光學(xué)分支---傅立葉光學(xué).把傅立葉光學(xué)變換引入光學(xué),在形式上和內(nèi)容上都已經(jīng)成為現(xiàn)代光學(xué)發(fā)展的新起點.空間頻譜與空間率波實驗是信息光學(xué)中最典型的基礎(chǔ)實驗。傅里葉光學(xué)是把通信理論,特別是傅里葉分析(頻譜分析)方法引入到光學(xué)中來遂步形成的一個分支。它是現(xiàn)代物理光學(xué)的重要組成部分。光學(xué)系統(tǒng)和通信系統(tǒng)相似，不僅在于兩者都是用來傳遞和交換信息，而且在于這兩種系統(tǒng)都具有一些相同的基本性質(zhì)，因而都可以用傅里葉分析(頻譜分析)方法來加以描述。通信理論中許多經(jīng)典的概
2、念和方法，如濾波、相關(guān)、卷積和深埋于噪聲中的信號的提取等，被移植到光學(xué)中來，形成了光學(xué)傳遞函數(shù)、光學(xué)信息處理、全息術(shù)等現(xiàn)代光學(xué)發(fā)展的新領(lǐng)域。阿貝成像理論是建立在傅里葉光學(xué)基礎(chǔ)上的信息光學(xué)理論，阿貝——波特實驗是阿貝成像理論的有力證明。阿貝成像理論所揭示的物體成像過程中頻譜的分解與綜合，使得人們可以通過物理手段在譜面上改變物體頻譜的組成和分布，從而達(dá)到處理和改造圖像的目的，這就是空間濾波。空間濾波的目的是通過有意識的改變像的頻譜，使像產(chǎn)生所希望的變換。光學(xué)信息處理是一個更為寬廣的領(lǐng)域，它主要是用光學(xué)方法實現(xiàn)對輸入信息的各種變換或處理。
3、空間濾波和光學(xué)信息處理可追溯到1873年阿貝(Abbe)提出二次成像理論，阿貝于1893年、波特(Porter)于1906年為驗證這一理論所作的實驗，科學(xué)的說明了成像質(zhì)量與系統(tǒng)傳遞的空間頻譜之間的關(guān)系。20世紀(jì)六十年代由于激光的出現(xiàn)和全息術(shù)的重大發(fā)展，光學(xué)信息處理進入了蓬勃發(fā)展的新時期。本實驗驗證阿貝成像原理，進一步理解光學(xué)信息處理的實質(zhì)。二、實驗?zāi)康?通過實驗有助于加深對傅立葉光學(xué)中的一些基本概念和基本理論的理解,如空間頻率,空間頻譜,空間濾波等等。2通過實驗驗證阿貝成像理論,理解透鏡成像的物理過程,進而掌握光學(xué)信息處理的實質(zhì)；加
4、深對傅立葉光學(xué)空間頻譜和空間濾波(高通,低通和帶通濾波器的物理意義)等概念的理解；初步了解簡單的空間濾波技術(shù)在光信息處理中的應(yīng)用。3.理解透鏡成像的物理過程,進而掌握光學(xué)信息處理的實質(zhì)。4初步了解透鏡孔徑對分辨率的影響以及光闌的作用等。三、實驗原理傅立葉光學(xué)設(shè)有一個空間二維函數(shù)g(x,y),則其二維傅立葉變換式表示，任意一個空間函數(shù)g(x,y)可以表示為無窮多個基元函數(shù)的線形疊加。是相應(yīng)與空間頻率的基元函數(shù)的權(quán)重,稱為g(x,y)的空間頻譜。利用瑞利-索末非公式可以推導(dǎo)出,如果在焦距為f的會聚透鏡的前焦面上放上一振幅透過率為g(x,
5、y)的圖象作為物,并且用波長為λ的單色平面波垂直照明該物,則在透鏡后焦面上的復(fù)振幅分布就是g(x,y)的傅立葉變換，所以面稱為頻譜面(或傅氏面),有此可見,復(fù)雜的二維傅立葉變換可以用一透鏡來實現(xiàn),稱為光學(xué)傅立葉變換,頻譜面上的光強分布,也就是夫瑯和費衍射圖。阿貝成像理論阿貝(E.Abbe)在1837年提出了相干光照明下的顯微鏡成像原理.既顯微鏡成像可以分成兩個步驟：第一步是通過物的衍射光在物鏡的后焦面上形成一個衍射圖;第二步是將物鏡后焦面上的衍射圖復(fù)合成(中間)像,這個像可以通過目鏡觀察到。實際上成像的這兩個步驟就是兩次傅立葉變換.
6、第一步是把物面光場的空間分布g(x,y)變?yōu)轭l譜面上的空間頻率分布.第二步則是再作一次變換,又將還原到光場的空間g(x,y)。上圖顯示了成像的這兩個步驟,單色平面波垂直照明在一維光柵上,經(jīng)衍射分解成為不同方向上的很多束平行光(每一束平行光相應(yīng)于一定的空間頻率),經(jīng)過物鏡分別聚焦在后焦面上形成點陣,然后代表不同空間頻率的光又重新在象面上復(fù)合成像。如果這兩次變換完全是理想的,既信息沒有任何損失,則像與物完全相似(可能有放大或縮小),但一般來說像與物不可能完全相似,這是由于透鏡的孔徑是有限的,因此總有一部分衍射角較大的高次成分(高頻信息)
7、,不能進入到物鏡而被丟失了.所以像的信息總是比物的信息要小些.高頻信息主要反映了物的細(xì)節(jié),如果高頻信息受到透鏡的孔徑的限制而不能達(dá)到像平面,則無論顯微鏡有多大的放大倍數(shù),也不可能在像的平面上顯示出這些高頻信息所反映的細(xì)節(jié),這是顯微鏡分辨率受到限制的根本原因.特別是當(dāng)物的結(jié)構(gòu)非常精細(xì)(如很密的光柵)或物鏡的孔徑非常小,有可能只有0級衍射(空間頻率為0)能通過,則像平面上完全不能成像。結(jié)合上圖說明如下：第一步是入射光經(jīng)物平面P1發(fā)生夫瑯禾費衍射，衍射光在物鏡L后焦面P2上形成一系列的衍射斑(初級衍射圖或稱頻譜圖)；第二步是各種衍射斑作為
8、新的次波源向前發(fā)出球面次波，在像面P3上干涉疊加，形成目鏡焦面上的像。將顯微鏡的成像過程看成是上述兩步成像的過程，是波動光學(xué)的觀點，后來人們稱其為阿貝成像理論。阿貝成像理論不僅用傅里葉變換闡述了顯微鏡成像的機理，更重要的是首次引入頻譜
