第十一章非相干光处理-20150628.ppt

增加孔径P,又使中央亮斑之外的次极大被切掉 在孔径P上放入一块玻璃制成的很薄的平行平板Q 在其上镀以非均匀的吸收膜层,使它的振幅透过率从中心到边缘逐渐减小,呈高斯分布曲线变化 OTF的特征是的中间部分下降 相位反转的高频区域保持理想值 衍射受限系统的OTF等于光瞳函数(即出射光瞳函数,简称光瞳函数)的归一化自相关函数，即 11.3.3 ☆ 参见课本P72页，式(3.4.13) 由(11.3.3)式可知,根据系统所需的OTF设计光瞳函数,频域综合可在光瞳面着手。 (11.3.3) ☆ 相干系统中有一个物理上的实实在在的频谱面, 非相干系统中没有这样直接,光瞳函数与传递函数之间通过自相关相联系. 若光瞳面上放置其它形式的滤波器,P应该等于滤波器的透过率函数。对于滤波器的位置精度要求,不像相干系统那么苛刻.但由所需的传递函数确定光瞳函数的解不是唯一的,如何由OTF确定最简单的光瞳函数的步骤现在还不知道. 下面给出非相干频域综合的两个实例 11.3.1 切趾术 在非相干成像系统中,点物在像面上的响应称为点扩散函数。 为说明概念,我们考虑一个单透镜成像系统,若孔径光阑紧贴透镜放置,则孔径光阑也是出瞳. 若孔径是圆形,则点扩散函数为圆孔的傅里叶变换. 艾里斑的中央亮斑占有绝大部分能量,根据瑞利判据,系统的分辨率完全决定于中央亮斑半径.次级亮环的峰值仅是中央峰值的0.017,可以忽略它的影响. 圆孔衍射 艾里斑 ：艾里斑直径 瑞利判据 对于两个强度相等的不相干的点光源（物点），一个点光源的衍射图样的主极大刚好和另一点光源衍射图样的第一极小相重合，这时两个点光源（或物点）恰为这一光学仪器所分辨. * * 光学仪器的分辨本领 最小分辨角 （两光点刚好能分辨） 光学仪器分辨率 光学仪器的通光孔径 这个分辨率判据仅适合于分辨两个等强度光点的情况 当两个光点强度的差别与艾里斑中央和次级大相当时,次极大的存在将干扰我们判断较弱光点的存在 例如观测天狼星附近很弱的伴星, 就会遇到这种情况 切趾术就是为了使中央亮斑周围的亮环去掉而采取的一种非相干频域的综合技术. 光瞳函数 点扩散函数 MTF 由于光瞳边界透过率呈阶跃变化, 导致次级衍射环的产生 要切去点扩展函数的趾部(次级亮环),应把光瞳的透过率分布改为缓变形式 例如采用高斯型透过率孔径函数(光瞳函数),由于高斯型孔径的夫琅禾费衍射图样仍是高斯型的(即高斯函数的傅里叶变换仍是高斯函数) 故点扩散函数仍是高斯型分布,能够满意地消除次级环的影响 光瞳函数 点扩散函数 MTF 从OTF的观点看,这是增大低频的调制传递函数(MTF)值,削弱高频传递能力的结果.上图比较了切趾前后的光瞳函数、点扩散函数和调制传递函数。 图11.3.4 作切趾术的系统 下面介绍一个具体的结构.L：望远物镜,P：孔径光阑，紧贴物镜放置 被观察的远方物体在其后焦面上产生的像乃是孔径函数的夫琅禾费衍射图样,其强度分布如图(b)中的实线所示. 如图 (a)的虚线所示这样,孔面上光场的分布就由原来的均匀分布变成了高斯分布 后焦面上的衍射斑也就是高斯函数的傅里叶变换了,它仍然是高斯分布,如图 (b)中的虚线所示 中央亮斑的宽度虽然略有变宽，但它的边缘次极大被切掉了 11.3.2 沃耳特(Wolter)最小强度检出滤波器 脉冲响应函数为： 这是一个在光瞳面上建立适当的相位分布,从而改变系统成像性质的例子.矩形光瞳分成两半,其中一半蒸镀了产生π相位差的透明薄膜,则光学系统的光瞳函数为： P(x,y) 很窄的暗线 h 光学系统的强度点扩散函数为 如果用这样的光学系统产生接近于点光源或线光源物体的像，则在像的中心将出现很窄的暗线，用它来测定物体的位置特别有利，这种方法用于摄谱仪，可以求出光谱线的正确位置。 11.4 白光光学信息处理技术 采用相干光源能使光学系统实现许多复杂的信息处理运算,这主要是由于相干光学系统的复振幅处理能力很强.可是,正如盖伯所指出的,相干噪声是光学信息处理的头号敌人,此外,相干光源通常是昂贵的,并且对光学处理的环境要求非常严格。 在光学处理中能否降低对光源相干性的要求，但又同时保持对复振幅的线性运算性质？ 为了回答这个问题，人们研究了一类新的光学处理方法，称为白光光学处理。 由于采用宽谱带光源,特别适合于处理彩色图像,近年来受到愈来愈多的重视.将白光光学处理归入非相干光学处理一章,仅仅是从它采用了非相干光源这一角度考虑,我们应该注意到,它与通常所说的非相干光学处理是明显不同的. 白光光学处理采用宽谱带白光光源，但采用微小光源尺寸以提高空间相干性，另一方面在输入平面上引入光栅来提高时间相干性。这样既不存