陳鳳畢業(yè)設計中期報告

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1、畢業(yè)設計（論文）中期報告題目：圖像相減的MATLAB仿真及光柵濾波法實驗實現(xiàn)院（系）光電學院專業(yè)光信息科學與技術(shù)班級090106姓名陳鳳學號090106120導師劉王云2013年5月1日撰寫內(nèi)容要求（可加頁）：1.設計（論文）進展狀況1.1圖像相減的Matlab仿真光學夠系統(tǒng)仿真的算法及實現(xiàn)光學與光電子學是近年來發(fā)展迅速的學科之～，光作為信息的載體，具有容量大、頻帶寬、傳播速度快等優(yōu)點，因而對光子信號的產(chǎn)生、獲取、調(diào)制、傳播、處理、探測及顯示等方面的研究具有很強的應用背景。一個電信號可以看作是一個攜帶著信息的時間序列。這個觀點同樣適用于光學：一幅圖像——一個兩維的光場分布，也可以看作是兩維空

2、間序列，信息寓于其中，即圖像攜帶著光學信息?；诖?，可以從信息傳遞的觀點來對光學系統(tǒng)進行研究。用光學方法對信息進行各種處理，如模糊圖像的改善，特征識別，信息的抽取、編碼、存貯以及加、減、乘、除、微分等。光學信息處理近十幾年來發(fā)展己經(jīng)很廣泛，其內(nèi)容包括簡單的空間濾波、相～幅轉(zhuǎn)換、逆轉(zhuǎn)濾波、全息空間濾波及特征識別等【59l。1.1.1光柵衍射實驗是第一子模塊中的實驗內(nèi)容(如圖3所示).通過界面右邊的參量輸入板,可以λ、焦距f、縫數(shù)N、縫寬a、光柵常量d和入射角θ.選定各參量后按下確定鍵,即可在左邊的圖像框顯示出光強分布圖和光柵衍射圖樣.圖3　光柵衍射實驗模塊2)空間濾波實驗模塊的內(nèi)容為:阿貝2波

3、特網(wǎng)格實驗和空間濾波實驗[6].網(wǎng)格實驗是光信息處理實驗中最重要的實驗內(nèi)容之一.輸入圖像是用Windows下的畫圖工具制作的網(wǎng)格(128×128大小,存為BMP格式),經(jīng)過傅里葉變換,在頻譜面上顯示出振幅頻譜圖.選擇一個濾波器,放置在頻譜面上,再進行一次傅里葉逆變換,則在輸出平面得到輸出像.仿真結(jié)果見圖4.空間濾波實驗的仿真界面見圖5,輸入圖像、傅里葉變換、濾波器選擇、傅里葉逆變換、振幅頻譜三維圖都在菜單欄中選擇.該實驗程序的編寫,主要運用了Matlab中的fft,ifft,fftshift等函數(shù).圖像的讀入用了imread()語句,顯示圖像用imshow()語句.為了顯示振幅頻譜的三維圖,

4、使用了mesh(abs(F))圖4　阿貝2波特網(wǎng)格實驗圖5　空間濾波實驗1.1.2　4)光學信息處理的應用模塊包含兩大部分:圖像的相加、減運算與圖象相關(guān)識別,它們均屬于光學圖像處理的重要課題.本仿真系統(tǒng)以正弦光柵作為濾波器,對待處理圖像的頻譜進行濾波,經(jīng)過傅里葉逆變換,即產(chǎn)生兩圖像的相加運算.將正弦光柵沿x軸平移π/2,則在輸出面上得到兩圖像的相減.圖8是圖像相加運算實驗的仿真結(jié)果.聯(lián)合變換相關(guān)運算的實現(xiàn)是通過將目標物與參考物放置在同一幅圖上作為輸入圖像,經(jīng)一次FFT變換后,在頻譜面上得到其復振幅分布F,再對F進行聯(lián)合變換功率譜的計算,最后對結(jié)果作FFT的逆變換,輸出結(jié)果即為目標物與參考物的

5、相關(guān)峰.根據(jù)相關(guān)峰的強度以及彌散程度,可以對光學圖像進行識別與篩選.圖8　圖像相加運算仿真實驗1.1.31)輸入二維灰度圖像i(x，y)。并對其作離散二維傅里葉變換后得到頻譜函數(shù)2)根據(jù)公式(2．2．14)求出系統(tǒng)的傳遞函數(shù)H∽，石)：3)計算頻譜函數(shù)i弧，五)傳播到透鏡前表面的頻譜分布uI仉，勸=耵：，fy)H以，期，并對其作離散二維快速傅里葉逆變換得到空間復振幅分布uI(x，y)：4)根據(jù)公式(6．1．1)求透鏡的空間復振幅透過率，(石，y)；5)計算透鏡后表面的頻譜分布礬’仉，fy)=m2(U10，Y)T(x，y))；6)對∽’嫉，石)作離散二維傅里葉逆變換得到頻譜面的空間復振幅分布i

6、l'0，D：7)在頻譜面上加空間濾波函數(shù)(或其他變換函數(shù))F(x，y)，得透鏡三2輸入平面上的空間復振幅分布i2(x，一)=fI’0，力F(x，力；8)對i2(x，y)作離散二維傅里葉變換得到頻譜函數(shù)f2呸，矗)，計算頻譜函數(shù)i2弧，五)傳播到透鏡￡2前表面的頻譜分布鞏佤，期=i2娠，fy)H伉，劫，并對其作離散二維傅里葉逆變換得到空間復振幅分布協(xié)(x，y)；9)計算透鏡￡2后表面的頻譜分布也’伍，fy)=fft2(v2(x，Y)ZU，力){lO)對U’<厶，再)進行離散二維傅里葉逆變換得到輸出平面上的空間復振幅分布o(x，力。1．1.1.4光柵衍射公式：I=I0（sinα/α）2（sin(

7、λβ)/sinβ）2α=(πa/λ)sinΦβ=(πd/λ)sinΦ編寫程序如下：得到圖3clearlam=500e-9;N=2;a=2e-4;D=5;d=5*a;ym=2*lam*D/a;xs=ym;n=1001;ys=linspace(-ym,ym,n);圖3黑白光柵衍射光強分布fori=1:nsinphi=ys(i)/D;alpha=pi*a*sinphi/lam;beta=pi*d*sinphi/la