光学空间滤波及光信息处理技术.doc

光学空间滤波及光信息处理技术1. 学习用调制的方法制作全息图, 掌握全息光栅的制作方法; 2. 深入认识阿贝成像原理和空间滤波的知识;巩固在频谱面上进行空间滤波处理的应用;学习利用光栅的色散作用,在频谱面上使相应的色谱点通过,形成彩色像. 全息实验光学平台,及光学实验附属设备.实验指导 几何光学对于光学系统成像过程的看法是“点点对应”的关系，即：点物A、B、C经过光学系统后(如图三)成点像A、B、C。 而阿贝成像原理认为：物是一系列不同空间频率信息的集合，相干成像，过程分两步完成第一步是入射经物平面(x、y)发生夫琅和费衍射，在透镜后焦面上形成一系列衍射斑；第二步是干涉，即各衍射斑发出的球面子波在像平面(x、y)上相干迭加，像就是干涉场。这种两步成像理论是波动光学的观点。 根据阿贝成像原理，我们可以在透镜的后焦面上作一些“文章”从而使得成像发生变化，这就是空间滤波 阿贝成像原理告诉我们，物信息的频谱展现在透镜的后焦面上(付氏面)。我们可以在这平面上放置不同结构的光阑，以提取(或摒弃)某些频段的物信息，亦即我们可主动地改变频谱，以此来达到改造图像的目的。用频谱分析的眼光来看，付氏面上的光阑起着选频的作用。(下面我们可以看到，空间频率较低的信号它们的频谱集中在频率面的中心部位，而空间频率较高的信号它们的频谱分散在频谱面的外边)广义地说，凡是能够直接改变光信息空间频谱的器件，通称空间滤波器，或光学滤波器，图四是一组具有不同频率特性的简单空间滤波器。 对于同一空间频率fx，fy的频谱，如果采用的入射光波长不同，它在透镜后焦面(频谱面)上的坐标值x1，y1也不相同。根据这一特点，我们可以用白光照明一个图形，然后通过透镜得到它的频谱面，它的频谱面是由一排排色谱点组成，我们作一个空间滤波器使得按要求通过一定空间频率的色谱点，组成彩色图案，这就是调制的基本思想。 这是用白光照明透明物体，而在输出平面上得到彩色图象的实验。透明物体用几块不同形状的光栅片拼成，这些光栅是在50条mm或100条mm的一张光栅上剪裁下来的。拼图时利用光栅的不同取向把准备“着上”不同颜色的部位区分开来。当一束白光照射到这透明物上时，在变换平面上呈现的是沿不同方向铺展的颜斑点。用黑纸或烟薰玻璃板遮在平面上，并在适当的地方开些透明窗口，把所要的颜色的土级衍射斑提出来。这样，在输出平面上得到的就是符合我们期望的彩色图像。本实验是采用在图案框中制作光栅的方法，而不是采用光栅拼图案的方法。 实验内容1. 按前面实验光路图摆好马赫陈德干涉仪，并按制作全息光栅的方法调整光路，使其得到100条毫米的干涉条纹。(注意干涉条纹在50100条毫米)之间为适宜，条纹太密则要求再现光路中的变换透镜的口径要大，否则高频信号无法通过透镜，条纹少于50条毫米时，虽然高频信号通过透镜，但变换平面上色谱点较集中，制作空间滤波器时很困难。) 2设计如图七的图案，将图案分成三部分并且挖空图案是用黑纸做成，整体为一蝴蝶。其中，A框让大翅膀处光通过；B框让身体处光通过；C框让小翅膀处光通过。 3将做好的图案框互相对准，不要出现错位，然后分别粘在一块透明玻璃的三个边上。使之可以自由掀开将要拍照的干版紧贴图案框玻璃的背面。 4将图案和干版一起装在马赫陈德干涉仪两光束的干涉物中一次一次地对图案框后干版曝光，每曝一次光转过1200(或600)。曝光时应注意图案不要错位，否则整个图案就组合不起来曝光最好采取过曝，这样可以避免光能过多地集中在零级谱点上 5取下干版进行显影、漂白，吹干等处理。 6将干燥后的干版再现光路中，调节物距和像距，使蝴蝶像清晰，成像大小适中，成像太小，物离透镜较远，高频信号不易通过；成像太大，虽所需频率的成分通过但图案一大颜色