阿贝成像原理

目录

摘要 (2)

Abstract (3)

第一章绪论 (5)

1.1阿贝成像的发现和其对光学信息处理的影响 (5)

1.2阿贝成像理论在教学中的推广 (6)

1.3阿贝成像理论在工程设计领域中的推广 (6)

第二章阿贝成像原理与空间滤波 (7)

2.1 二维傅里叶变换 (7)

2.2 光学傅里叶变换 (8)

2.3 阿贝成像原理 (8)

2.4空间频谱 (11)

2.5空间滤波与阿贝-波特实验 (11)

图2.9 像面图象第三章阿贝成像原理与空间滤波实验设计 (13)

第三章阿贝成像原理与空间滤波实验设计 (14)

3.1相干图像处理的4F光学系统 (14)

3.2 相干光源的成像与滤波系统 (14)

3.3 非相干光源的成像与滤波系统 (15)

3.4 实验结果与讨论 (16)

第四章结论与展望 (17)

谢辞 (18)

参考文献 (19)

摘要

阿贝成像原理是在透镜后焦面上得到光场空间频率分布的傅里叶变换，成像又是一次逆变换的过程，这种变换可由傅里叶变换(FFT)轻松实现。利用阿贝—波特实验装置和空间滤波系统，从改变频谱入手改造一幅光学图像，可以进行光学信息处理。本文在此基础上，用Matlab的计算及图像可视化功能完成阿贝—波

特实验的物理模型的构建并进行计算机模拟，从而实现数字图像的处理。

在介绍阿贝—波特空间滤波实验原理基础上，给出了实验仿真中几个关键的数字图像处理函数。′仿真结果表明，此方式较好地完成了滤波成像仿真，是计算机辅助实验的一个可行途径。

关键词：阿贝成像原理空间滤波数字图像处理MATLAB仿真

Abstract

Abbe imaging principle is Fourier which in the focal plane obtains the light field complex amplitude distribution after the lens transforms, and forms image also is a Fourier inverse transformation, this kind of transformation may be transformed by fast Fourier (FFT) and be relaxed realization. Use the Abbe - baud experiment device and the spatial filtering systems, from the change frequency spectrum transforms an optics

picture and carries on optics information processing.In this foundation, I complete the Abbe- baud experiment in the Matlab environment the physical model to construct and to carry on the computer simulation, thus realization digital image processing.

In this paper I talk about how to simulate Abbe - Baud spatial filtering experiment based on MATLAB. The principle of the experiment is introduced at first . Then some functions of Digital Image processing are presented. Finally, the thesis discusses how to implement the filtering experiment by low pass filters, high pass filters and band pass filters etc. In frequency domain. The results shows that the experiment can be emulated well in this way and the method is feasible and effective for computer aided experiment in Optical Laboratory Course.

Key words : Abbe imaging principle; spatial filtering; Digital picture processing；MATLAB

第一章绪论

1.1阿贝成像的发现和其对光学信息处理的影响

1873年，阿贝（E．Abbe，1840—1905）在德国蔡司光学器械公司研究如何提高显微镜的分辨本领问题时，就认识到相干成像原理。他的发现不仅仅从波动光学的角度解释了显微镜的成像机理，确定了限制显微镜分辨本领的根本原因，

即显微镜（物镜）两步成像的原理本质上就是两次博里叶变换，此被认为是现代傅里叶光学的开端。

空间滤波的主要目的是通过有意识地改变像的频谱，使像实现所希望的变化。光学信息处理是一个更为广阔的领域。光学信息处理是基于光学频谱分析，利用傅里叶综合技术，通过空域或频域的调制，借助空间滤波技术对光学信息进行处理的过程。阿贝提出的二次成像理论和20世纪初的阿贝—波特实验，为光学信息处理打下了一定的理论基础。他提出的二次衍射理论为空间滤波奠定了理论基础。阿贝和波特分别于1893年、1906年用实验验证了阿贝成像原理—阿贝- 波特空间滤波实验，该实验对相干光成像的机理、频谱的分析和综合的原理做出了很深的解释。同时，这种用简单模板做滤波的方法，直到今天，在图像处理中仍然有较为广泛的应用价值。

1.2阿贝成像理论在教学中的推广

在信息光学的理论的教学中，单纯依靠数学演算来讲解，效果不是太好，特别是对空间频率、空间滤波等概念的形成有很大的困难。虽然可以通过演示空间滤波实验来加强教学效果，但由于在一般的教室难以完成演示实验，在实验室又受仪器、场地等多方面的限制，实验现象不太理想。利用计算机模拟实验，可获得较好的模拟效果。而且，学生还可以自己制作各种物面图形，观察物体不同的空间频率分布，设计各种各样的空间滤波器，比较它们对成像的不同影响。

近几十年来，随着计算机硬件、软件技术的持续高速发展，在光学信息处理领域，研究成果不断出现，计算机的应用范围日益扩大。空间滤波实验作为近代物理实验中的重要实验，在很大程度上能够帮助学生理解空间频率、频谱分解、频谱综合、空间滤波等概念。学生在实验过程中，不仅了解了阿贝成像原理，还可以利用阿贝成像实验装置和滤波系统，从改变频谱入手改造光学图像，进行光学信息的处理。在这基础上，让学生在Matlab环境完成阿贝—波特实验的计算机模拟，从而实现数字图像的处理。

1.3阿贝成像理论在工程设计领域中的推广

在工程设计领域中，人们会根据研究对象建立相应的模型，运用计算机的系