[理学]《信息光学》课程实验讲义与教案09级.pdfVIP

《信息光学》课程实验讲义与教案 编写者：翁嘉文 参考教材：自编《信息光学讲义》 华南农业大学 应用物理系 2009 年 5 月 目 录 实验一 阿贝成像原理与空间滤波………………………………………………… 2 实验二θ调制 ……………………………………………………………………… 8 实验三 利用光栅滤波实现图像相加减 ………………………………………… 13 实验四 利用复合光栅实现光学微分处理 ……………………………………… 18 实验五 马赫－曾德尔干涉仪 …………………………………………………… 23 实验六 三维形貌测量 …………………………………………………………… 26 实验七 数字全息 ………………………………………………………………… 32 实验 教案 ………………………………………………………………………… 36 1 阿贝成像原理与空间滤波 一个光信号与它的频谱是同一事物在两个空间的表现，光信号分布于坐标空 间（x , y ）,而它的频谱存在于频率空间（f x,f y ）。由信号到频谱可以通过透镜来实 现。1873 年阿贝（E.Abbe ，1840－1905）在显微镜成像原理的研究中，首次提 出了在相干光照明下显微镜两次成像的概念。阿贝成像理论以及阿贝—波特实验 告诉人类：可以通过对信号的频谱进行处理(滤波)来达到对信号本身作相应处理 的目的。这正是现代光学信息处理最基本的思想和内容。本实验对加深傅里叶光 学空间频率、空间频谱和空间滤波等概念的理解，熟悉阿贝成像原理，了解透镜 孔径对成像分辨率的影响以及对研究现代光学信息处理均有十分重要的意义。 一、实验目的 1. 了解信号与频谱的关系以及透镜的傅里叶变换功能。 2. 掌握现代成像原理和空间滤波的基本原理，理解成像过程中“分频”和 “合成”的作用。 3. 掌握光学滤波技术，观察各种光学滤波器产生的滤波效果，加深对光学 信息处理基本思想的认识。 二、实验原理 1、光学傅里叶变换 g (x ,y ) x ,y 一个光学信号 是空间变量 的二维函数，其傅里叶变换被定义为: +∞ j f x f 2 y ( π ) ? ? + ? x y FT g{ x(y, )} G f ( f , ) g x (y ,e ) dxdy = (1) x y ∫∫ ?∞ 符号 FT 表示傅里叶变换。 本身也是两个自变量 的函数。 分 G( f , f ) f f , f f , x y x y x y x ,y