现代光学信息处理实验

-PAGE2-实验报告课程名称傅里叶光学实验项目实验一θ调制实验实验二空间滤波实验系别光电专业测控班级/学号09022009010756学生姓名实验日期___2011年12月7日__成绩______________________指导教师__________________PAGEPAGE6实验一θ调制实验=1\*CHINESENUM3一、实验目的进一步了解空间滤波的概念和了解颜色合成的一种方法二、实验原理θ调制属于空间滤波的一种形式，它只是用不同取向的光栅对物平面的各个部分调制（编码），通过特殊滤波器控制像平面相应部位的灰度（用单色光照明）或彩色（用白光照明）的一种方法。本实验是用白光照明透明物体，在输出平面上得到彩色图像的有趣实验，透明物体就是本实验中使用的调制光栅。在这个光栅上，天安门、草地、天空分别由三个不同取向的光栅组成。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。三、实验仪器1.带有毛玻璃的白炽灯光源S2.准直镜L1：f1=225mm3.二维调整架：SZ-074.θ调制板（或三维光栅）5.干板架：SZ-126.傅立叶透镜L2:f2=150mm7.θ调制频谱滤波器:SZ-408.傅立叶透镜L3:f3=150mm9.白屏H：SZ-1310.滑座111.滑座112.滑座313.滑座114.滑座315.滑座116.滑座117.导轨四、仪器实物图及原理图图一五、实验步骤把全部器件按图一顺序摆放在导轨上，靠拢后目测调至共轴。将光源S放于准直镜L1的物方焦距F1处，并使从L1出来的平行光垂直的照射在θ调制板上。将屏置于离θ调制板1米处，前后移动L2，使θ调制板的图像清晰的成在屏上。在傅氏面上加入θ调制频谱滤波器，在θ调制频谱滤波器上看到光栅的衍射图样。三行不同取向的衍射极大值是相对于不同取向的光栅，也就是分别对应于图像的天空、房子和草地，这些衍射极大值除了0级波没有色散以外，一级、二级……都有色散，由于波长短的光具有较小的衍射角，一级衍射中蓝光最靠近0级极大，其次为绿光，而红光衍射角最大。调节θ调制频谱滤波器上滑块的通光的宽度和通光的位置，使相应于草地的一级衍射图上的绿光能透过θ调制滤波器通过成像物镜L3将彩色像成像在屏上，用同样的方法，使相应于房子一级衍射的红光和相应于天空部分的一级衍射的蓝光能透过，这时候在屏幕上的像就会出现蓝色天空，红色天安门，绿色草地。六、实验现象及总结1、在白板上得到一副为蓝色天空，红色天安门，绿色草地的像。2、本次实验中，最重要的前提准备是发出的平行白光，通过老师的讲解，我学会了一种判断是否为平行光的方法——就是利用在第一次出射光所占报纸上字体的行数是否等于移动后所占的字体行数，即可清晰准确的判断是否为平行光。利用两个傅里叶透镜将衍射光栅上的内容进行解调，通过调节θ调制频谱滤波器三个孔的衍射角度，从而得到预期图片。实验二空间滤波实验空间滤波是在光学系统的频谱面上放置适当的滤波器，改变物的频谱结构，按照预定的需要使像得到改善。实验目的空间频率滤波（简称空间滤波）是相干光学处理中一种最简单的方式，它利用了透镜的傅立叶变换特性，把透镜作为一个频谱分析仪，利用空间滤波的方式改变物的频谱结构，从而使像得到改善。实验原理空间滤波概念上起源于阿贝成像理论。实验装置如图1所示：物采用正交光栅（即细丝网格状物），由单色相干平行光照明；在频谱面上放置滤波器，以各种方式改变物的频谱结构，阻挡某些频谱，选择另一些频谱让其通过；然后在像平面上观察，可得到各种不同于物的像。典型的光学信息处理系统为如图2所示的4f傅里叶变换系统：光源S经扩束镜L产生平行光照射物面（输入面），经傅里叶透镜L1变换，在其后焦面F处产生物函数的傅里叶频谱，再通过透镜L2的傅里叶逆变换，在输出面上将得到所成的像(像函数)。qqpP2P1fP3yxTp(x,y)ILL1L2-ff-fyx图24f光学信息处理系统实验内容我们用图3表示实验内容及结果：A：表示正交光栅的频普及像的情况；B：挡住频谱面上的纵向信息，只让横向信息通过，在像平面上得到物的纵向结构信息；C：挡住频谱面上的横向信息，只让纵向信息通过，在像平面上得到物的横向结构信息；D：只让频谱面上的零频分量通过，零频分量是一个直流分量，它只代表像的本底；E：挡住零频分量，在一定条件下可使像发生衬度反转；F：采用选择性滤波器，可望完全改变像的性质。实验步骤按照图2调整光路，建立一个4f光学信息处理系统；2．观察实验现象（1）在离光栅（物）2m以外放置白屏，前后移动变换透镜，在屏上接收光栅像。（2）在L1后焦面（傅氏面）处置一可调狭缝光阑，挡住频谱0级以外的光点，观察像屏上是否还有光栅像。（3）调节狭缝宽度，使频谱的0级和1级通过光栏，观察像面上的光栅像；然后撤出光阑，让更高级次的衍射都能通过，再观察像面上的光栅像。比较这两种情况下光栅像有何变化。（4）光阑只遮挡傅氏面上的1级频谱，观察像面的变化。（5）将二维正交光栅替换一维光栅，让竖向的一系列光点通过铅直的狭缝光阑，观察像面上栅缝的方向。（6）将光阑转90°，再观察像面上栅缝的方向。（7）将光阑转45°，观察像面上的变化。（8）用网格字替换正交光栅，观察频谱和像。（9）再将一个可变圆孔光阑放在傅氏面上，圆孔由大变小，直到只让光轴上一个光点通过为止，比较滤波前后，网格字像构成的变化