信息光学 苏显渝版 PPT 窦柳明课件.ppt

第八章 空间滤波; 空间滤波：在光学系统的傅立叶频谱面上，按照预定的需要，放置具有一定透过率的膜片来改变光场的频谱结构，从而使像质得到改善。;8.1 空间滤波的基本原理;几何光学描述: 光线，透镜折射;8.1.1 阿贝成像理论与阿贝—波特实验;Object;（2）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，即傅里叶低频分量，离原点越远，分布着物的较高的频率分量，即傅里叶高频分量。; 实际上，物镜的孔径总是有限大小的，由于受孔径光瞳的限制，物体的所有的频率分量中只有一部分通过孔径并形成频谱，只有这部分的频谱才参与成像。一些高频的成分没有通过物镜而丢失，使像产生失真，影响像的清晰度或分辨本领。 当高频成分的能量很大，物体孔径光瞳较小，丢失的高频成分影响较大，像的失真就较严重；当高频成分的能量较小，物镜的光瞳较大，丢失的高频成分影响较小，像的失真不大，像就与物体比较相似。 ;意义：不仅用傅立叶变换阐述了显微镜成像过程的机理，首次引入空间频谱概念，启发人们用频谱的语言来分析成像， 并可用改造频谱的方法来改造信息。;2. 阿贝—波特实验;均匀光场;上述实验可用阿贝的成像理论进行定性的解释。; 当狭缝光阑通过原点水平放置时，竖直方向的空间频谱受阻，物体中与这部分频谱相应的信息不能通过系统被传递，与其相应的水平结构消失，透过狭缝的频谱被传递而综合成只有网格竖直结构的像。; 如果逐渐扩大光阑孔径，使透射而被传递的空间频谱逐渐增加，包括基频、倍频直到许多高频频谱，就可在像平面上明显的观察到网格的像逐渐综合的过程，其光栅条纹的边缘由较为模糊逐渐变得清晰明锐。;结论：对像的垂直结构有贡献的是谱面上的水平方向的分量，而谱面上的垂直方向的分量只对像的水平结构有贡献； 零频分量是一个直流分量，它只代表像的本底； 挡住零频分量，一定条件下像发生衬度反转； ;8.1.2 空间滤波的傅立叶分析;重复排列;…;Ld 时， 可忽略各项之间的交叠;只有零频成分通过，像面一片均匀，因此不能成像。且强度下降。振幅为a/d, a/d 越小强度越弱。;;;8.1 空间滤波的基本原理;例8.1.1 在4-f系统的输入平面上，放置一个正弦振幅光栅，其振幅透过率为：t(x1)=t0+t1cos(2??0x1)。若： (1)在频谱面上放置一个小圆屏只档掉0级谱，求像的强度分布及可见度。 (2)移动小圆屏只档掉+1级谱，求像的强度分布及可见度。;(2);8.1 空间滤波的基本原理;8.1 空间滤波的基本原理;8.2 系统与滤波器;空间滤波的概念、数学描述、系统及滤波器; 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. 2 空间滤波的原理; 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。; 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。; ;1） 4f系统; 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 ）。 ; ; ;Po;a.空间滤波的具体操作法： 先经FT在频谱面上得到物信息的频谱，在频谱面上放置滤波器，以改变或提取某些频段的振幅或相位；再经IFT，在输出面上即可得到滤波后的输出信息。;b.空间滤波数学描述：;1. 二元振幅滤波器：;;;2. 振幅滤波器; ;摄制全息图法 有些空间滤波器其滤波函数要求有连续变化的振幅和相位调制作用，这时使用上述方法制作非常困难。 利用光学方法摄制全息图或计算机控制制作全息图，其复