2022年2022年阿贝成像原理和空间滤波实验报告1

1、精选学习资料 - - - 欢迎下载1精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载试验二阿贝成像原理和空间滤波试验1引言阿贝所提出的显微镜成像的原理以及随后的阿波特试验在傅里叶光学早期发展历史上具有重要的位置；这些试验简洁而且美丽,对相干光成像的机理.对频谱的分析和综合的原理做出了深刻的说明；同时,这种用简洁模板做滤波的方法,直到今日,在图像处理中仍旧有广泛的应用价值；11 试验目的和意义1）. 加强对傅里叶光学中有关空间频率.空间频谱和空间滤波等概念的懂得；2）. 用一个带有蓝天白云仍有城楼的光栅进行空间滤波和图像再现,熟识空间滤波的光路及空间滤波的原理；2系统概述21 系统原理二维傅里叶变

2、换）.1 设有一个空间二维函数,其二维傅里叶变换为ygx、.dxdyfyi2xf、yg.x、yexp.xg（1f）.f、gf yxyx.-1f、fgf、f的又为式中,而分别为x、y方向的空间频率,其量纲为 ly、gxyxyx 逆傅里叶变换, 即 .、fgf.-1dfdffx.fyfgf、expi2.f）2 （.y、gxyx yyyxxx. 式（ 2）表示任意一个空金函数,可以表示为无穷多个基元函数 x、yg.dfydf2fx.fpexi的基元的线性叠加, 为相应于空间频率为ff、gff、yxyxyyxx函数的权重,称为的空间频率；f、fgy、xg yx当为一个空间周期性函数时,其空间频率为不连

3、续的离散函数；x、yg2）. 光学傅里叶变换理论证明,假如在焦距为f 的会聚透镜的前焦面上放一振幅透过率为gx、y的图象作为物,并以波长为 的单色平面焦镜后象图,就在透面波垂照明.的傅、 （）上的振幅分布就为y x、ygx标与坐,变换其中里叶f、f、fgf yxyx.的关系为 、y x''yx 3（） .f.f、 1图yx.ff.,由此可见,复杂的二维傅里1 面称为频谱面（或傅氏面）故,见图 y x 叶变换可以用一透镜来实现,称为光学傅里叶变换,频谱面上的光强分布就2精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载为 2,称为频谱,也就为物的夫琅禾费衍射图；ff、gyx . 阿贝

4、成像原理3）年提出了相干光照明下显微镜的阿贝成像原理,他认为,在相阿贝在1873 第一步为通过物的衍射光在物镜干的光照明下,显微镜的成像可分为两个步骤：后焦面上形成一个衍射图,其次步就为物镜后面上的衍射图复合为（中间）像,这个像 可以通过目镜观看到；第一步把物面光场的空间分成像的这两个步骤本质上就为两次傅里叶变换,、fgf,其次步就为再作一次变换,又将布变 为频谱面上空家频率分布gx、y yx仍原到空间分布； 、gffx、yg yx显示了成像的这两个步骤, 为了便利起见, 我们假设为一个一维光栅,图 2 经衍射分解成为不同的许多束平行光相应于肯定的空间单色平行光照在光栅上,经过物镜分别聚焦在后

5、焦面上形成点阵,然后代表不同空间频率的光束频率）又重新在像平面上复合而成像；2 图假如这两傅氏变换完全为抱负的,即信息没有任何缺失,就像的物应完全相像（可能有放大或缩小） ,但一般说来像和物不行能完全相像,这为由于透镜的孔径为有限的,总有一部分衍射角度较大的高次成分（高频信息）,不能进入到透镜而被丢失了, 所以像的信息总为比物的信息要少一些,高频信息主要反映了物的细节, 假如高频信息受到了孔径的限制而不能到达像平面,就无论显微镜有多大的放大倍数, 也不行能在像平面上显示出这些高频信息所反映的细节,这为透镜辨论率受到限制的根本缘由,特殊当物的结构特别精细（如很密的光栅） 或物镜孔特别小时,有可能

6、只有0 级衍射（空间频率为0）能通过,就在像平面上就完全不能形成像；4）. 空间滤波根 据 上 面 讨 论 , 成 像 过 程 本 质 上 为 两 次 傅 里 叶 变 换 , 即 从 空 间 函 数变yx、ggf、f,再变回到空间函数（忽视放大率）,假如我们在频为频谱函 数x、ygyx谱面（即透镜的后焦面）上放一些模板（吸取板或相移板）,以减弱某些空间频率成分或转变某些频率成分的相位,就必定使像面上的图象发生相应的变化.,这样的图象处理称为空间滤波,频谱面上这种模板称为滤波器,最简单的滤波器就为一些特殊外形的光阑,它使频谱面上一个或一部重量通过,而挡3精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎

7、下载住了其他频率重量,从而转变像上图象的频率成分,例如圆孔光阑、 它使频谱面上一个或一部分频率重量通过, 而拦住了其他频率重量, 从而转变了像上图象的频率成分, 例如圆孔光阑可以作为一个低通滤波器, 而圆屏就可以用作为高通滤波器；22 仪器说明激光器.扩束镜 l1.圆形透镜l2.光栅光屏.单缝. 小孔光阑, 白光光.源等；3试验步骤图 3（ 1）先将激光器打开,利用一个小孔光阑对光束的光路进行准直,对激光器高度及俯仰角进行调整,使激光光束在光学平台的中心线上；（ 2）激光光束通过扩束镜l1 进行扩束,得到较大光斑及散射角的光束；（ 3）用小孔光阑截取光束的一部分照耀到一个准直透镜上,对光束进行准直,使它变成平行光；（ 4）在物架上放置一光栅,光栅条纹沿水平竖直方向,其后放一傅里叶变换透镜；在频谱面上将会看到水平方向和竖直方向上排列的等间距衍射光点；中间最亮的为 0 级衍射,四周依次为±1,