光学信息处理教案第四章

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1、第四章SpatialFiltering空间滤波§1.空间滤波的基本原理a.阿贝成像理论——两步成像原理（1873年提出）利用光的波动理论1.基本点：2.对象：光的空间频谱3.原理：光学成像的过程，从波动观点，是由物光波转为空间频谱，再有空间频谱转换成像的过程。F{f}{F}f(x,y)F(u,v)f(,)x,yu,v§1.空间滤波的基本原理a.阿贝成像理论4.阿贝——波特实验：1906年提出，验证阿贝两步成像原理实验装置物平面成像系统焦平面像平面§1.空间滤波的基本原理a.阿贝成像理论4.阿贝——波特实

2、验：1906年提出，验证阿贝两步成像原理放置模板1物平面成像系统焦平面像平面§1.空间滤波的基本原理a.阿贝成像理论4.阿贝——波特实验：1906年提出，验证阿贝两步成像原理放置模板2物平面成像系统焦平面像平面§1.空间滤波的基本原理a.阿贝成像理论4.阿贝——波特实验：1906年提出，验证阿贝两步成像原理放置模板3物平面成像系统焦平面像平面§1.空间滤波的基本原理a.阿贝成像理论4.阿贝——波特实验：1906年提出，验证阿贝两步成像原理放置模板4物平面成像系统焦平面像平面§1.空间滤波的基本原理a.阿

3、贝成像理论4.阿贝——波特实验：1906年提出，验证阿贝两步成像原理放置模板5物平面成像系统焦平面像平面§1.空间滤波的基本原理a.阿贝成像理论5.空间滤波器的典型光学系统：（1）系统应需完成从空域到频域，又从频域到空域的两次傅里叶变换。（2）系统光路3镜4f系统ffffx1x2y2p1p2p3y3x3§1.空间滤波的基本原理a.阿贝成像理论5.空间滤波器的典型光学系统：（3）在(u,v)焦平面内设置一个模片来改变输入信息的空间频率，从而实现光学信息变换，完成光学信息处理。（4）模片的透过率一般为复数形

4、式。ffffx1x2y2p1p2p3y3x3§1.空间滤波的基本原理b.3镜4f系统的傅里叶分析1.将一宽度为L,栅距为d,缝宽为a的光栅沿x方向置于物平面p1,其透过率函数为：y1ffffx1x2y2p1p2p3y3x32.从P2上得到傅里叶谱：§1.空间滤波的基本原理b.3镜4f系统的傅里叶分析3.当在P2平面内放置一模片，其透过率函数为则进入P3视场的频谱为：y1ffffx1x2y2p1p2p3y3x34.从P3上得到经光学处理后的像：滤波行为§1.空间滤波的基本原理b.3镜4f系统的傅里叶分析5

5、.根据的几种不同形式，进行傅里叶分析：(1)当为一狭缝，其宽度限制只能让零级谱通过，此时：表示光强相对于平面入射波衰减了倍。作用：光强衰减器，可通过改变a,d调节衰减量§1.空间滤波的基本原理b.3镜4f系统的傅里叶分析5.根据的几种不同形式，进行傅里叶分析：(2)当加宽狭缝，使零级和正负一级频谱通过，此时：作用：余弦光栅发生器。改变d可调整周期，改变a,d之比可调节振幅。§1.空间滤波的基本原理b.3镜4f系统的傅里叶分析5.根据的几种不同形式，进行傅里叶分析：(3)当为一双缝，只能让正负二级频谱通过

6、，此时：作用：倍频余弦光栅发生器。改变d可调整周期，改变a,d之比可调节振幅。§1.空间滤波的基本原理b.3镜4f系统的傅里叶分析5.根据的几种不同形式，进行傅里叶分析：(4)当为一矩形屏，其宽度限制挡住零级谱通过，此时：根据a,d的比值不同具体问题具体分析§1.空间滤波的基本原理b.3镜4f系统的傅里叶分析5.根据的几种不同形式，进行傅里叶分析：(4)当为一矩形屏，其宽度限制挡住零级谱通过，此时：振幅的正负成分对称于轴，光强在范围内恒定。ⅰ)当时：§1.空间滤波的基本原理b.3镜4f系统的傅里叶分析5

7、.根据的几种不同形式，进行傅里叶分析：(4)当为一矩形屏，其宽度限制挡住零级谱通过，此时：振幅的正负成分不对称于轴，光强在范围出现反转现象。ⅱ)当时：§1.空间滤波的基本原理b.3镜4f系统的傅里叶分析5.根据的几种不同形式，进行傅里叶分析：(4)当为一矩形屏，其宽度限制挡住零级谱通过，此时：与相似，但对比度降低。ⅲ)当时：§2.空间滤波的分类及其应用a.分类：1.二元振幅滤波器1）低通滤波器2）带通滤波器3）高通滤波器§2.空间滤波的分类及其应用a.分类：2.振幅滤波器采用胶片曝光制作3.相位滤波器采

8、用真空镀膜制作4.复数滤波器采用计算全息制作§2.空间滤波的分类及其应用§2.空间滤波的分类及其应用b.策尼克相衬显微镜1.相衬的概念将相位信息转换成光强信息的过程（相幅转换）（1935年荷兰物理学家Zernike发明）2.策尼克相衬显微镜光路§2.空间滤波的分类及其应用b.策尼克相衬显微镜3.模板透过率函数即零频的相位相对于其它频率成分的相位相差90度即被观察物体的相位要很小4.实现策尼克相衬显微镜的条件§2.空间滤波的分类及其应用b.策