全息光学实验

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1、实用标准文案空间滤波一、实验目的1．观察各种光栅、图片的付里叶频谱，加深对频谱概念的理解．2．由观察到的频谱判断输入图像的基本特征，理解物分布与其频谱函数间的对应关系，进而了解频谱分析的基本原理、方法及各种应用。3．掌握空间滤波的基本原理，理解成像过程中“分频”与“合成”作用4.掌握方向滤波、高通滤波、低通滤波等滤波技术，观察各种滤波器产生的滤波效果，加深对光学信息处理实质的认识．二、实验原理1、付立叶频谱。设二维函数g(x，y)，其空间频谱G(x，h)为g(x，y)的付里叶变换，即而g（x,y）则为G(x，h)的傅立叶逆变换，即用光学的方法可以很方便地获得二维图像g(x，y)

2、的空间频谱G(x，h)．只要在一付里叶透镜的前焦面上放置一幅透射率为g(x，y)的图像，并以相干平行光束垂直照射图像，则根据透镜的付里叶变换性质，在透镜后焦面上得到的光复振幅分布将是g(x，y)的付里叶变换G(x，h)，即空间频谱G(xf/lf，yf/lf)．其中l为光波波长，f为透镜焦距，xf、yf为后焦面(即频谱面)上任意一点的位置坐标．显然．点(xf，yf)对应的空间频率为因此，在后焦面上放置毛玻璃屏，在其后通过放大镜观察频谱，或者在后焦面上放置全息干板将频谱记录下来，如果有条件，在后焦面上装置电视摄像机，并将其与电视显示器联结，在荧光屏上就可显示出图像的付里叶频谱。如果

3、输入图像很小，衍射屏幕和图像之间距离很远，则在近似满足夫琅和费条件下，也可以不用透镜而直接在屏幕上得到图像的空间频谱G(xf/lz，yf/lz)，其中z为图像至屏幕的距离。由于频谱面上的频谱函数G(x，h)是物函数g（x，y)的付里叶变换，因而从实验上得到频谱函数G(x，h)后．即可反过来求出图像的复振幅分布g(x，y)。据此，对图像进行简单分类．也可用于分析图像的结构比如在森林资源的考察中，根据图像的频谱可以判断哪些地区已绿化，哪些目前还是荒地，以利更好地规划．精彩文档实用标准文案2、空间滤波空间滤波是光学信息处理的一种重要技术。阿贝—波特实验是空间滤波的典型实验，它极为形象

4、地验证了阿贝成像原理，是付立叶变换最基础的实验．阿贝成像原理认为：透镜成像过程可分两步，第一步是通过物的衍射光在透镜的后焦面(即频谱面)上形成空间频谱，这是衍射所引起的“分频”作用，第二步是代表不同空间频率的各光束在像平面上相干叠加而形成物体的像，这是干涉所引起的“合成”作用。这两步从本质上讲就是对应两次付里叶变换。如果这两次傅立叶变换是完全理想的，即信息没有任何损失．则像和物应完全一样。如果在频谱面上设置各种空间滤波器．挡去频谱中某一些空间频率的成分，则将明显的影响图像，这就是空间滤波。光学信息处理的实质就是设法在频谱面上滤去无用信息分量而保留有用分量．从而在图像面上提取所需

5、要的图像信息．三、实验光路1.观察付立叶频谱，如图3—1所示2.空间滤波如图3－2所示．图3－2空间滤波光路图3－1傅立叶频谱观察光路四、实验仪器He—NeLaser；氦氖激光器M：全反射镜C：扩束镜P1：频谱面P2：像平面L1：准直透镜L2：傅立叶变换透镜P：毛玻璃屏T：输入图像另：孔屏、白屏、尺、干板架、各种负片、光栅等五、实验步骤（一）观察付立叶频谱1．按图3—1依次加入光学元件排光路。L1和L2之间的距离应大于L2的焦距f．2．在L2前焦面附近分别放入各种透明片和光栅．分别观察这些目标的频谱图样。3．将目标向L2移动直至贴近L2，观察频谱的变化情况，目标在L2和P间不同

6、位置频谱有何变化．4．用激光细束来直接照射正交光栅，在数米远的屏幕上观察其傅立叶频谱，屏幕与光栅距离增大，观察频谱尺寸怎样变化．(二)空间滤波1．按图3-2依次加入光学元件排好光路。在L1的前焦面上放物(铜丝网格)，在P1面上的白屏上就呈现网格的付里叶频谱。取下P1面上的白屏，在P2面上就看到网格的像．精彩文档实用标准文案2．给出上面几种形式的简单滤波器，分别将这些滤波器放在频谱面上进行滤波，在表3-l中填出相应的结果(按说明栏的要求选滤波器)．表3-1空间滤波实验结果六、问题与思考1．用平行光束垂直照射平行密接触的两块正弦光栅(空频为v1和v2)，它们的频谱将是什么样？如两者

7、正交密接．频谱又如何?2．用激光细束直接照射一正弦光栅，光栅在自身平面内平移或转动时，对其频谱有什么影响?3．取一张135人像底片，将它与一张10线对／mm的光栅重叠在一起，制成一张带有纵栅干扰的物，请设计一个滤波器，消除纵栅干扰，得一清晰的输出人像．4．运用所学过的理论知识，解释表3—1所得的实验结果．精彩文档实用标准文案卷积定理的演示以及图像加、减一、实验目的1．形象化地演示两个函数的卷积结果．巩固和加深对卷积和卷积定理的认识。2．掌握散斑法图像相加、相减的原理和方法。3．用散斑法实时地