光学空间滤波及光信息处理技术

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1、光学空间滤波及光信息处理技术1.学习用θ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Aˊ、Bˊ、Cˊ。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

2、涉，即各衍射斑发出的球面子波在像平面(xˊ、yˊ)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

3、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λ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θ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

4、／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50～100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

5、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

6、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就淡了，看起来颜色不鲜艳．7．用烟薰玻璃放在变换透镜的后焦面(变换面)上，用火柴轻轻划去黑烟，根据所需要的颜色让相应的色谱点通过，象平面上便得到一个彩色的蝴蝶图案。