阿贝成像原理和空间滤波

北京航空航天大学

实验报告

实验名称：E 09 阿贝成像原理和空间滤波

数据记录及处理和试验现象及解释： （1）阿贝成像原理试验： ① 求相应空间频率：

He-Ne 激光器波长λ=632.8nm ，透镜F=250mm ，x f

ξ'

=,将实验数据带入下表：

② 在频谱面上放置各种滤波器，成像变化特点及相应解释：

③ 测量二维光栅像面上x '，y '方向光栅条纹间距：

像面上沿x '方向条纹间距△x '=2.0mm ，y '方向光栅条纹间距△y '=2.0mm ④ 在屏谱面图上依次放置不同小孔及不同取向光阑，观察像面变化 综上所述：从所得到的实验结果可以看出，对像中某一方向结构有贡献的是与该方向垂直的频谱。

学号：38270104 姓名：王文征 日

期：4月10日晚

同组者：刘思沂

指导老师：段亚飞

评

分：

（2）高低通滤波：

①将物面换上3号样品，则在像面上出现带网格的“光”字。

②用白屏观察焦面上物的空间频谱。光栅为一周期性函数，其频谱是有规律排列的分

立点阵。而字迹不是周期性函数，它的频谱是连续的，一般不易看清。由于光字笔

画较粗，空间低频成分较多，因此频谱面的光轴附近只有光字信息而没有网格信息，由于仅保留了离轴较近的低频成份，因而图像细结构消失。

③将3号滤波器（φ=1mm 的圆孔光阑）放在后焦面的光轴上，出现“光”字，网格

信息消失，亮度较暗。换上4号滤波器（φ=0.4mm的圆孔光阑）,光字更暗。

④将频谱面上光阑作一平移，使不在光轴上的一衍射点通过光阑，发现越偏离光轴图像

越暗。换上4号样品，使之成像。然后在后焦面上放上5号滤波器，发现未放之前

出现红色十字，放上5号滤波器后“十”字中间变暗，四周轮廓也较为清晰，它阻

挡低频分量而允许高频成份通过，可以实现图像的衬度反转或边缘增强，所以图像

轮廓明显。

（3）θ调制试验：

衍射频上花、叶、背景的光栅走向

蓝（背景）红（花）

绿（叶）

利用阿贝成像实验中的结论，对像中某一方向结构有贡献的是与该方向垂直的频谱。

θ调制法是利用不同方位的光栅对图像进行调制的方法。具体操作为：将一个二维图像分成几个部分，不同部分的图案分别用不同方向的光栅进行调制，就完成了编码过程，获得了一块θ调制板，经θ调制的二维图像置于4f 系统的输入面上，用准直白光照射物平面，白光由各种不同波长的光组成，不同波长光的非零级谱点与系统光轴夹角不同，所以在频谱面上的频谱就成为彩色的，每个谱点按波长从里到外按紫、蓝、青、绿、黄、橙、红的顺序排列，每一部分图形对应予一列频谱。按设计的颜色在频谱面上放置滤波器就能得到所需的彩色输出像。

思考题：

1. 空间频率是频率吗？为什么说物的细节部分空间频率“高”，衍射光与光轴之间的夹角大？答：空间频率不是频率。由傅里叶变换可知，高频部分反映物的细节，所含频率越多越高，所呈现出物体的像就越精确。但因透镜孔径有限，根据dsinθ=kλ，高频部分θ大，通不过透镜。

2. 本实验的同轴等高如何进行？特别是怎样做好激光束的调整，平行光扩束，频谱面和像面位置的确定。

答：打开激光器，调节激光管的左右及仰俯，沿导轨前后移动白屏，保证光电在屏的位置不变并记下激光束在白屏上的具体位置。调节L

1

，将L

1

放在激光管和白屏之间，调节L

1

使移动

L

1

时，光斑中心在白屏的位置不变。放上L

2

，使L

1

和L

2

间距为F

1

+ F

2

在白屏和L

2

之间放上L

3

，

使白屏与L

3

间距为L

3

，调节L

1

，L

2

的相对位置，使在白屏上看到聚焦的一点时，L

1

、L

2

已调好。

调节L

3

，使在白屏上的焦点位置不变，L

3

已调好。放上带有样品模板支架并调节支架使平行

光均匀照在样品上。沿导轨移动L

3

直到4m以外的屏幕上得到清晰的图像。固定物及各透镜的

位置。用白屏在L

3

后焦面附近移动，会在白屏某处上出现清晰的一排水平排列的各点，这一平面就是频谱面，将滤波器支架放在此平面上。

3. 光学中的空间滤波如何进行？本实验中的频谱面和像面各在什么地方？

答：光学中的空间滤波就是在频谱面上放一些模版（吸收板或相移板），以减弱某些光的空间频率成分或改变某些频率成分的相位，则必然是使像面上的图像发生相应的变化，这样的光学图像处理称为空间滤波。本实验中，频谱面在的后焦面上，像面在4m以外的屏幕上。4.什么叫θ调制？试验为什么要用白光照射？频谱面和像面各在什么地方？“彩色”图像是如何得到的？

答：θ调制是一个利用白光照明而获得彩色图像的实验。频谱面在光源的像面，像面在的后焦面上。在光源S的像面上插入纸板，在适当的地方扎孔，自制一个“空间滤波器”，使透明图片的像面呈现县一副红花、绿叶和蓝色背景的彩色图案。

“”为光阑