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大学物理实验2 阿贝成像原理和空间滤波 历史回眸 一实验目的 阿贝成像原理是德国人阿贝 E Abbe 1874 在研究提高显微镜的分辨本领时提出的一个理论 该理论认为 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 第一步是入射光经物平面发生夫琅禾费衍射 起到 分频 作用 第二步是各衍射斑发出的球面次波在像平面上相干迭加 起到 合成 作用 像就是干涉场 阿贝成像原理的意义在于 它以一种新的频谱语言来描述信息 它启发人们用改造频谱的方法来改造信息 是光电子信息学的基础实验 1 了解阿贝成像原理 接受傅里叶光学的空间频率 空间频谱 空间滤波等概念 2 学习 调制与假彩色编码 以一正弦光栅为物 简要说明阿贝成像原理 二实验原理 2 1阿贝成像原理 第1步 入射光经物平面发生夫琅禾费衍射 衍射光束被分解成为不同方向传播的多束平行光 每一束平行光相应于一定的空间频率 其作用是把光场分布转变为空间频率分布 即分频 第2步 衍射波被透镜接收 在透镜的焦平面上形成三个频率成分不同的衍射斑S 1 S0 S 1 所以把所在的焦平面称为谱平面 S 1 S0 S 1可看成三个次波源 次波源发出的球面波在透镜的像平面发生相干迭加 不同空间频率的光束又复合成像 即 合成 阿贝成像原理的这两个步骤本质上就是两次傅里叶变换 实验原理 设有一个空间二维函数 g x y 则其二维傅立叶变换为 式中fx fy是x y方向的空间频率 g x y 则其G fx fy 的逆傅立叶变换 物理解释 如果焦距为F的会聚透镜的焦平面是放一振幅透过率为g x y 的图像作为物 并用波长为 的光垂直照射该透明物体 则在透镜后面的焦平面 上的复振幅分布就是g x y 的傅立叶变换其G fx fy 称为谱平面 谱平面上的光强分布就是夫琅禾费衍射图样 2 1阿贝成像原理 二实验原理 2 2空间滤波 空间滤波 在光学系统的傅立叶频谱面上放置具有一定透过率的滤波器 改变光场的频谱结构 按照需要改变像的性质 频谱面上的光场分布与物的结构密切相关 原点附近分布着物的低频信息 即傅立叶低频分量 离原点越远 分布着物的高频分量 即傅立叶高频分量 意义 傅立叶变换阐述了物的成像过程的机理 在显微镜成像中意义重大 更重要的是引入了频谱的概念 启发人们可以通过改造频谱来改造信息 二实验原理 2 3 调制 将一幅透明画拆分成三部分 房子 草地 天空 将这三部分分别刻在三片不同取向的光栅上 将光栅叠在一起作为物 此物叫调制片 用白光照明调制片 光束发生衍射 衍射光束经透镜后在其焦平面成像形成衍射谱 如在谱平面上放置频谱滤波器 在房子谱方向只让红色光谱通过 在草地谱方向只让绿色通过 在天空谱方向只让蓝色谱通过 在像平面上将看到图像被 着上 不同
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