22-光学信息处理1-阿贝波特实验、课堂演示实验.ppt

第八章 光学信息处理技术Optical Information Processing §8-1引言 Introduction 光波可以是大量信息的携带者，不仅光波的位相，颜色、偏振态等都是光信息，而且在光波照明下，二维图像具有大量信息。 以底片为例，设黑白底片最小分辨率单元为0.5?m（完全可以达到），每个单元按黑度分为8个等级（人眼分辨率，计算机可更多），则1cm2面积的底片包含的信息量为102?106?4 ? 3=1.2 Gbit。 光学系统作为线性系统，能快速、并行地对图像信息进行处理。 §8.1 引言: 图像信息处理的主要技术领域 ?光学处理（相干光处理、非相干光处理、白光处理等） 优点：快速，并行性，信息处理容量大，结构简单，操作方便，特别适合于二维的F.T.、卷积、相关等运算 缺点：专用系统不够灵活，难编程，模拟系统精度不高 ?数字图像处理：计算机对图像扫描、抽样量化成数字信息, 串行逐点处理 优点：灵活，可编程，精度高 缺点：基本属于慢速处理，不易实现实时处理 ?混合处理：二者结合，取长补短，是当前的发展方向。 本章主要介绍光学或光/电混合信息处理的基本光学技术的原理和系统。 §8-2 光学频谱分析系统和空间滤波1、阿贝（Abbe)成像理论（1873） §8-2光学频谱分析系统和空间滤波2、阿贝—波特（Abbe—Porter）实验（1906） §8-2光学频谱分析系统和空间滤波2、阿贝—波特实验 §8-2光学频谱分析系统和空间滤波2、阿贝—波特实验：结论 §8-2 光学频谱分析系统和空间滤波Optical spectrum analysis systems Spatial filtering3、空间频率滤波系统 §8.2 光学频谱分析系统和空间滤波3、空间频率滤波系统 §8-2光学频谱分析系统和空间滤波4、空间滤波的傅里叶分析 §8-2光学频谱分析系统和空间滤波4、空间滤波的傅里叶分析 §8-2光学频谱分析系统和空间滤波4、空间滤波的傅里叶分析 §8-2光学频谱分析系统和空间滤波4、空间滤波的傅里叶分析 §8-2光学频谱分析系统和空间滤波4、空间滤波的傅里叶分析 §8-2光学频谱分析系统和空间滤波4、空间滤波的傅里叶分析 §8-2光学频谱分析系统和空间滤波4、空间滤波的傅里叶分析 §8-2光学频谱分析系统和空间滤波5、滤波器的种类及应用举例 5、滤波器的种类及应用举例 (1)振幅型滤波器 5、滤波器的种类及应用举例 (1)振幅型滤波器 低通滤波: 激光用空间滤波器 5、滤波器的种类及应用举例 (1)振幅型滤波器 5、滤波器的种类及应用举例 5、滤波器的种类及应用举例 5、滤波器的种类及应用举例 5、滤波器的种类及应用举例 （2）相位型滤波器·相衬显微镜 位相滤波:泽尼克相衬显微镜 原理:位相物的复振幅透过率 t(x1,y1) = exp[j?(x1,y1)] 单位振幅相干平面波照明(垂直入射) 物场分布为: f(x1,y1) = t(x1,y1) = exp[j?(x1,y1)] 假设位相变化很小,可以进行泰勒展开: 位相滤波:泽尼克相衬显微镜 要观察到与位相变化成正比的强度变化,必须改变二部分光场之间的位相正交关系. 方法:在谱面上用位相滤波器，改变零频与其它频率成分之间的相对位相关系. 位相滤波:泽尼克相衬显微镜 如果在中心镀层中不但有位相变化而且有吸收,则可进一步提高像的对比度. 位相滤波:泽尼克相衬显微镜 作业 P287: 8.1(d) 题 P288: 8.6题 * * “二次衍射成像理论”:相干照明下，成像过程可分作两步 物平面上发出的光波经物镜，在其后焦面上产生夫琅和费衍射，得到第一次衍射像； 该衍射像作为新的相干波源，由它发出的次波在像平面上干涉而构成物体的像，称为第二次衍射像。 频谱面上的光场分布与物的结构密切相关，原点附近分布着物的低频信息；离原点较远处，分布着物的较高的频率分量。 相干单色平行光照明 频谱面 放置滤波器 物平面 细丝网格状物 （正交光栅） 像面 观察到各种不同的像 实验装置 改变物的频谱结构 (1) 如果不在频谱平面作任何操作，则在输出平面得到原物的像 —— 二次成像（不考虑光学系统的有限孔径） 通过的频谱 综合出的图像 原物 通过的频谱 综合出的图像 原物 原物 综合出的图像 滤波器: 放置在频谱面中心的孔, 仅让0级谱通过 零频分量是一个直流分量，它只代表像的本底 综合出的像: 仅有边框, 不出现条纹结构 原物 综合出的图像 通过的频谱 通过的频谱 综合出的图像 原物 2．实验充分证明了傅里叶分析和综合的正确性： （