光学低通滤波器（OLPF）的频率特性和光谱特性.doc

光学低通滤波器（OLPF）的频率特性和光谱特性 潘奕捷、商庆坤、林家明、杨隆荣、沙定国 北京理工大学光电工程系，北京100081；敏通企业股份有限公司 摘要：光学低通滤波器（Optical Low Pass Filter——OLPF）是利用石英晶体的双折射效应和红外截止滤光片对红外光截止作用设计而成的，它用在CCD 摄像机传感器前可以有效地降低或消除离散光电探测器对不同空间频率目标成像所产生的拍频效应或称条纹混淆现象, 并且能消除红外光对彩色还原的影响，从而提高了CCD 摄像机成像的视觉效果。 关键词： 学低通滤波器；奈奎斯特频率；石英晶体双折射；红外光截止 Frequency and Spectrum Characteristic of the Optical Low Pass Filter PAN Yi jie SHANG Qing kun LIN Jiaming YANG Long rong SHA Ding guo Department of Optical Engineering, BIT , Beijing 100081；Minton Enterprise Co Ltd, Abstract: An optical low pass filter(OLPF),lied in front of the sensor of a CCD camera, is designed according to the birefringent effect of crystal and infrared cut-of effect of in frareequency mixing phenol al filter, OLPF can reduce or eliminate effectively the fr menon whenthe object with a variety of the spatial frequencies is imaged on the discrete photoelectric detector ，and eliminate the color rendition effect of the infrared .The image quality of the CCD camera with OLPF can be improved. Especially, the distinctness can be enhanced when the objects such as fringes or grates are imaged on the sensor of the CCD camera, and the effects of the disturbing fringes of false color can be eliminated Key words: optical low pas optics filter; Nyquist limit; aliasing; birefringent quartz crystal ; infrared cut-of light. 1 CCD 摄像机信号频谱混叠现象 近年来，随着电视技术的发展，作为图像传感器的CCD 摄像机被广泛的应用，但CCD 是 一种离散像素的阵列光电探测器，根据奈奎斯特定理，一个图像传感器能够分辨的最高空间分辨率等于它的二分之一空间采样频率0 f ，即奈奎斯特频率2 / 0 f fN = 。采用CCD 摄像机获取目标图像信息时，当抽样图像超过系统的奈奎斯特极限频率,其高频成分将被反射到基频带中，造成所谓的纹波效应或莫尔效应，图像将产生周期频谱交叉混淆或称之为拍频现象。 图1 CCD 摄像机输出CZP 测试 卡图像中的拍频现象时，如图1 所示，CZP 测试卡图像目标通过成像系统后输出的视频图像叠加有二维低频的圆环条纹即莫尔条纹。 从电视时间频域信号来讨论这个现象，图2（a）所示为电视系统高频特性测试图，图 像中的不同宽度的矩形条纹表示按时间分布的时间频率（0.5，1，2..10，0.5MHz）。在波 形监视器上，当观测电视扫描一行的波形时，可以定量地看到如图2（b）所示的CCD 的抽 图像上产生差拍干扰，波形中在6MHz 频带范围内的信号上迭加了1MHz 的差拍分量。这里假设CCD 的抽样频率为15MHz，在图像信号为9MHz 时，混叠频率分量为15MHz - 9MHz = 6MHz，在图像信号为10MHz时 ，混叠频率量为15MHz - 10MHz = 5MHz。 这两项混叠频率分量经电路低通滤波后都是无法滤掉的，并与有用图像信号一样被输出，如波形图中在9MHz 和10MHz 频带处叠加的6