光學(xué)空間濾波及光信息處理技術(shù)

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1、光學(xué)空間濾波及光信息處理技術(shù)1.學(xué)習(xí)用θ調(diào)制的方法制作全息圖,掌握全息光柵的制作方法;????2.深入認(rèn)識(shí)阿貝成像原理和空間濾波的知識(shí);鞏固在頻譜面上進(jìn)行空間濾波處理的應(yīng)用;學(xué)習(xí)利用光柵的色散作用,在頻譜面上使相應(yīng)的色譜點(diǎn)通過(guò),形成彩色像.全息實(shí)驗(yàn)光學(xué)平臺(tái),及光學(xué)實(shí)驗(yàn)附屬設(shè)備.實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)?幾何光學(xué)對(duì)于光學(xué)系統(tǒng)成像過(guò)程的看法是“點(diǎn)點(diǎn)對(duì)應(yīng)”的關(guān)系，即：點(diǎn)物A、B、C經(jīng)過(guò)光學(xué)系統(tǒng)后(如圖三)成點(diǎn)像Aˊ、Bˊ、Cˊ。而阿貝成像原理認(rèn)為：物是一系列不同空間頻率信息的集合，相干成像，過(guò)程分兩步完成．第一步是入射經(jīng)物平面(x、y)發(fā)生夫瑯和費(fèi)衍射，在透鏡后焦面上形成一系列衍射斑；第二步是干

2、涉，即各衍射斑發(fā)出的球面子波在像平面(xˊ、yˊ)上相干迭加，像就是干涉場(chǎng)。這種兩步成像理論是波動(dòng)光學(xué)的觀點(diǎn)。根據(jù)阿貝成像原理，我們可以在透鏡的后焦面上作一些“文章”從而使得成像發(fā)生變化，這就是空間濾波．????阿貝成像原理告訴我們，物信息的頻譜展現(xiàn)在透鏡的后焦面上(付氏面)。我們可以在這平面上放置不同結(jié)構(gòu)的光闌，以提取(或摒棄)某些頻段的物信息，亦即我們可主動(dòng)地改變頻譜，以此來(lái)達(dá)到改造圖像的目的。用頻譜分析的眼光來(lái)看，付氏面上的光闌起著選頻的作用。(下面我們可以看到，空間頻率較低的信號(hào)它們的頻譜集中在頻率面的中心部位，而空間頻率較高的信號(hào)它們的頻譜分散在頻譜面的外邊．)廣

3、義地說(shuō)，凡是能夠直接改變光信息空間頻譜的器件，通稱空間濾波器，或光學(xué)濾波器，圖四是一組具有不同頻率特性的簡(jiǎn)單空間濾波器。?對(duì)于同一空間頻率fx，fy的頻譜，如果采用的入射光波長(zhǎng)λ不同，它在透鏡后焦面(頻譜面)上的坐標(biāo)值x1，y1也不相同。根據(jù)這一特點(diǎn)，我們可以用白光照明一個(gè)圖形，然后通過(guò)透鏡得到它的頻譜面，它的頻譜面是由一排排色譜點(diǎn)組成，我們作一個(gè)空間濾波器使得按要求通過(guò)一定空間頻率的色譜點(diǎn)，組成彩色圖案，這就是θ調(diào)制的基本思想。?????????這是用白光照明透明物體，而在輸出平面上得到彩色圖象的實(shí)驗(yàn)。透明物體用幾塊不同形狀的光柵片拼成，這些光柵是在50條／mm或100條

4、／mm的一張光柵上剪裁下來(lái)的。拼圖時(shí)利用光柵的不同取向把準(zhǔn)備“著上”不同顏色的部位區(qū)分開(kāi)來(lái)。當(dāng)一束白光照射到這透明物上時(shí)，在變換平面上呈現(xiàn)的是沿不同方向鋪展的顏斑點(diǎn)。用黑紙或煙薰玻璃板遮在平面上，并在適當(dāng)?shù)牡胤介_(kāi)些透明窗口，把所要的顏色的土級(jí)衍射斑提出來(lái)。這樣，在輸出平面上得到的就是符合我們期望的彩色圖像。本實(shí)驗(yàn)是采用在圖案框中制作光柵的方法，而不是采用光柵拼圖案的方法。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1.按前面實(shí)驗(yàn)光路圖擺好馬赫—陳德干涉儀，并按制作全息光柵的方法調(diào)整光路，使其得到100條／毫米的干涉條紋。(注意干涉條紋在50～100條／毫米)之間為適宜，條紋太密則要求再現(xiàn)光路中的變換透鏡的口徑

5、要大，否則高頻信號(hào)無(wú)法通過(guò)透鏡，條紋少于50條／毫米時(shí)，雖然高頻信號(hào)通過(guò)透鏡，但變換平面上色譜點(diǎn)較集中，制作空間濾波器時(shí)很困難。)2．設(shè)計(jì)如圖七的圖案，將圖案分成三部分并且挖空．圖案是用黑紙做成，整體為一蝴蝶。其中，A框讓大翅膀處光通過(guò)；B框讓身體處光通過(guò)；C框讓小翅膀處光通過(guò)。3．將做好的圖案框互相對(duì)準(zhǔn)，不要出現(xiàn)錯(cuò)位，然后分別粘在一塊透明玻璃的三個(gè)邊上。使之可以自由掀開(kāi)將要拍照的干版緊貼圖案框玻璃的背面。4．將圖案和干版一起裝在馬赫—陳德干涉儀兩光束的干涉物中．一次一次地對(duì)圖案框后干版曝光，每曝一次光轉(zhuǎn)過(guò)1200(或600)。曝光時(shí)應(yīng)注意圖案不要錯(cuò)位，否則整個(gè)圖案就組合不

6、起來(lái)．曝光最好采取過(guò)曝，這樣可以避免光能過(guò)多地集中在零級(jí)譜點(diǎn)上．5．取下干版進(jìn)行顯影、漂白，吹干等處理。6．將干燥后的干版再現(xiàn)光路中，調(diào)節(jié)物距和像距，使蝴蝶像清晰，成像大小適中，成像太小，物離透鏡較遠(yuǎn)，高頻信號(hào)不易通過(guò)；成像太大，雖所需頻率的成分通過(guò)但圖案一大顏色就淡了，看起來(lái)顏色不鮮艷．7．用煙薰玻璃放在變換透鏡的后焦面(變換面)上，用火柴輕輕劃去黑煙，根據(jù)所需要的顏色讓相應(yīng)的色譜點(diǎn)通過(guò)，象平面上便得到一個(gè)彩色的蝴蝶圖案。