信息光学苏显渝版PPT窦柳明.ppt

空间滤波更为普遍的问题不在物体信息的传递，而在于对物体信息实现符合要求的变换。对于多数光学系统，这种变换是线性不变的，所以可按所要求的输入与输出的关系，确定系统的传递函数，对输入信息所包含的各种空间频率成分进行振幅和位相调制，已求得特定的变换。这就是空间滤波或频域综合的基本概念。 8.2 系统与滤波器 8. 2. 2 空间滤波的原理 A为相干照明光源，多采用平面波垂直照明 Po为输入平面(物平面) P1为频谱平面 Pi为输出像平面 L1表示频率分解器（一个傅里叶变换透镜） L2表示频率综合器（一个傅里叶变换透镜） D为探测器 8.2 系统与滤波器 空间滤波原理示意方框图 × D Af(xo,yo) A × f(xo,yo) Po L1 g(xi,yi) Pi P1 L2 空间滤波中的物体，通常都设为输入信息分布f(xo,yo)的透明片，它放置在输入平面Po上。在相干光源A照明下，物体后的光场为Af(xo,yo)。利用透镜的傅里叶变换性质，物体经透镜后进行各种频率成分的分解，在一个确定的频谱平面P1上形成输入的空间频谱 ，这是一次傅里叶变换。 从输入物体到频谱，是物体各种频率成分的分解过程； 从频谱到输出像，则是各种频率成分重新合成过程。 8.2 系统与滤波器 空间滤波原理示意方框图 × D Af(xo,yo) A × f(xo,yo) Po L1 g(xi,yi) Pi P1 L2 只要在频谱平面P1上放置具有适当复振幅透过率的滤波器，就能够方便地对各种频率成分的振幅和位相进行调制。滤波器的复振幅透过率与系统的传递函数成正比，经调制后的频谱为 ，再经过一次傅里叶逆变换，振幅和位相关系已经被调制的各种频率分量在空间合成，在输出平面Pi给出符合要求的输出像分布g(xi,yi) 。这就是空间滤波的基本物理过程。所给出的系统就构成相干空间滤波系统，也称相干处理系统。 8.2 系统与滤波器 空间滤波原理示意方框图 × D Af(xo,yo) A × f(xo,yo) Po L1 g(xi,yi) Pi P1 L2 8.2.3 空间滤波系统 一个相干空间滤波系统，需要完成两次傅里叶变换:首先要完成从空域到频域的变换，这是一次傅里叶变换；经过滤波器后，又要完成从频域还原到空域的变换，再进行一次傅里叶逆变换。 在频谱平面上放置滤波器，完成在频域中的乘法运算。所以，空间滤波系统除应该有输入平面和输出平面外，还要有与频域相对应的频谱平面。 一般的成像系统都有输入平面和输出平面，只要在频谱平面上可以方便的放置各种空间滤波器，都可以用来构成空间滤波系统。 8.2 系统与滤波器 1） 4f系统 L1为准直透镜 P1为输入平面，它是L2的前焦面 L2和L3是傅里叶变换透镜 P2是频谱面又是L2的后焦面，也是L3的前焦面 P3是输出平面，也是L3的后焦面 由图可见，从物平面到像平面，刚好是4个焦距的距离，所以称为4f系统。如果连准直透镜在内，这种系统又称为三透镜系统。 最典型也是最基本的相干空间滤波系统 8.2 系统与滤波器 通常情况下，L2和L3两傅里叶变换透镜的焦距是相等的，但也可以不相等。相等或不相等，只表示输出的横向放大倍率M=f3/f2有所不同（f2和 f3分别是L2和L3的焦距 ）。 这种系统由于透镜前后焦面存在严格的傅里叶变换关系，讨论分析时十分方便。所以4f系统是空间滤波和信息处理中经常使用的系统。 8.2 系统与滤波器 2）双透镜系统 L1是准直透镜 L2是傅里叶变换透镜，又是成像透镜，它同时起着傅里叶变换和成像双重作用。 Po为输入平面。 P1为频谱平面，是L2的后焦面。 Pi是输出平面也是Po的共轭像平面。 8.2 系统与滤波器 L1是照明系统又是傅里叶变换透镜， Po为输入平面。 频谱平面P1在点光源S的像平面P1处。 L2是傅里叶变换透镜，又是成像透镜，它起着第二次傅里叶变换和使输入成像到输出平面Pi的作用， Pi位于Po的成像共轭平面。 8.2 系统与滤波器 Po P1 Pi yo xo y1 x1 yi xi 3) 单透镜系统 整个系统由一个透镜L组成。L担负着完成完成傅里叶变换和成像的任务，它具有变换和成像双重功能。 L使点光源S成像在频谱面P1上，同时又使物平面Po上的输入成像在输出平面Pi上，亦即系统的频谱平面P1和输出成像平面Pi分别是点光源S和物平面Po的共轭像平面。 单透镜空间滤波系统结构简单，光能利用率高，成像质量好，但对透镜的要求较为苛刻。P1面上给出的物频谱都不是物函数的准确的傅立叶变换，而附带