光學(xué)微分和加減法實驗報告

光學(xué)圖像微分與加減試驗試驗一光學(xué)圖像加減試驗引言圖像加減是相干光學(xué)處理中的一種根本的光學(xué)‐數(shù)學(xué)運算,是圖減可以求出兩張相近照片的差異,從中提取差異信息。例如：通過在不同時期拍攝的兩張照片相減,在醫(yī)學(xué)上可用來覺察病灶的變化;在軍事上可以覺察地面軍事設(shè)施的增減;在農(nóng)業(yè)上可以推測農(nóng)作物的長勢;在工業(yè)上可以檢查集成電路掩膜的疵病,等等。還可用于地球資法很多,本試驗介紹利用正弦光柵作為空間濾波器實現(xiàn)圖像相減的方法。一．試驗?zāi)康暮徒虒W(xué)要求：.承受正弦光柵作濾波器，對圖像進展相加和相減試驗，加深對空間濾波概念的理解；.通過試驗，加深對傅里葉光學(xué)相移定理和卷積定理的認知。二．試驗原理：設(shè)正弦光柵的空間頻率為f0,將其置于4f系統(tǒng)的濾波平面P2上,如圖1所示,光柵的復(fù)振幅透過率為:1 1 1 1=2[1+cos(2????0??2+??0)]=2+4????2????0??2+??0+4?????2????0??2+??0式中 ，f為傅里葉變換透鏡的焦距；??0表示光柵條紋的初位相，它打算了光柵相對于坐標原點的位置。中心與光軸的距離均為b。選擇光柵的頻率為f0，使得,以保證在濾波后兩圖將圖像A和圖像B置于輸入平面中心與光軸的距離均為b。選擇光柵的頻率為f0，使得,以保證在濾波后兩圖像中A的+1級像和B的-1級像能恰好在光軸處重合。于是,輸入場分布可寫成:P2上的頻譜為：由于及，因此。上式可以寫成由于及，因此。上式可以寫成圖1光學(xué)圖像加減原理圖爭論：〔1〕當(dāng)光柵條紋的初相位時，上式變?yōu)椋和ㄟ^透鏡L2進展傅立葉逆變換，在輸出平面P3爭論：〔1〕當(dāng)光柵條紋的初相位時，上式變?yōu)椋航Y(jié)果外表在輸出平面P3的光軸四周，實現(xiàn)了圖像相加。〔2〕當(dāng)光柵條紋的初相位時，上式變?yōu)椋航Y(jié)果外表在輸出平面P3〔2〕當(dāng)光柵條紋的初相位時，上式變?yōu)椋簭南嗉訝顟B(tài)轉(zhuǎn)換到相減狀態(tài)，光柵的橫向位移量應(yīng)等于1/4周期，即滿足：AB交替的相加相減的效果。三．試驗儀器介紹：光學(xué)試驗導(dǎo)軌1000mm1根半導(dǎo)體激光器(含電源)635nm/3mW1臺加減圖像+干板夾1套一維光柵+干板夾1套傅里葉透鏡2套毛玻璃1塊擴束鏡1套準直鏡1套滑塊6個一維位移架1個二維位移架1個四．試驗步驟：圖2試驗系統(tǒng)框圖1使的從半導(dǎo)體激光器出射的激光光束平行于光學(xué)試驗導(dǎo)軌。2、在半導(dǎo)體激光器的前面放入擴束鏡，調(diào)整擴束鏡的高度和其上面的二維調(diào)整旋扭，使的擴束鏡與激光光束同軸等高。3、在擴束鏡的前面放入準直鏡，調(diào)整準直鏡的高度，使的準直鏡與激光光束同軸等高。再調(diào)整準直鏡的位置，使的從準直鏡出射的光束成近似平行光。4、在準直鏡的前面搭建4f系統(tǒng)。保持兩傅里葉透鏡與激光光束同軸等高。照試驗圖所示。5、在4f系統(tǒng)的輸入面上放入待加減圖像且待加減圖像裝在一維位移架上，頻譜面上放入加減濾波器〔一維光柵〕且加減濾波器〔一維光柵〕裝在二維位移架上，輸出面上放入觀看屏〔毛玻璃〕。6、通過旋轉(zhuǎn)一維位移架上的旋扭，使的加減濾波器〔一維光柵〕發(fā)生位移，觀看毛玻璃上的圖像的變化，直到在毛玻璃上出加減圖像為止。五、試驗結(jié)果：試驗中得到光學(xué)相加圖像如下：得到光學(xué)相減圖像如下：六、試驗思考題1、試驗中假設(shè)消滅無論怎樣調(diào)整光柵位置，A+1和B-1的重合處始終無法得到全黑，這可能是由哪些緣由引起的？入射光沒有調(diào)成水公平等。試驗二光學(xué)圖象微分處理試驗引言〔輪廓也是物體的重要特征之一〔如透過云層的衛(wèi)星圖片或霧中攝影圖片進展光學(xué)微分，圖像識別的一種重要手段。光學(xué)圖像微分有多種方法,例如：高通微分濾波法:利用擋住或衰減零頻和低頻的高通空間濾波器，實現(xiàn)不同程度的微分濾波，以增加圖像的邊緣輪廓；復(fù)合光柵微分濾波法:先使待處理的圖像產(chǎn)生兩個錯位留下由錯位產(chǎn)生的邊緣局部，以增加圖像的邊緣輪廓。復(fù)合光柵濾波實現(xiàn)光學(xué)圖像微分的方法。一．試驗?zāi)康暮徒虒W(xué)要求：.把握用復(fù)合光柵對光學(xué)圖像進展微分處理的原理和方法；.領(lǐng)悟空間濾波的意義,加深對光學(xué)信息處理實質(zhì)的理解；.通過試驗加深對傅里葉光學(xué)中相移定理和卷積定理的生疏；.通過試驗觀看對圖像微分后突出其邊緣輪廓的效果。二．試驗原理：1.光學(xué)微分光路及其工作原理本試驗的光路系統(tǒng)是一個典型的相干光學(xué)處理系統(tǒng)(即4f系統(tǒng))，如下圖的原理。將待微分的圖像置于4f系統(tǒng)輸入面P1〔也稱復(fù)合光柵置于頻譜面P2上，經(jīng)適當(dāng)調(diào)整位置即可在輸出面P3上得到微分圖形。設(shè)輸入圖像為t(x,y)，其傅里葉變換頻譜為T(fx,fy,則由傅里葉變換定理有：式中假設(shè)頻譜面上的濾波函數(shù)為：式中x2，即可到達光學(xué)微分的目的。2、微分濾波器〔復(fù)合光柵〕復(fù)合光柵相當(dāng)于兩套空間取向完全一樣，空間頻率相差0

f的一維光柵疊加而成。一般錯開很小的距離。由于比起圖形本身的尺寸要小很多，當(dāng)復(fù)合光柵平移一適錯開很小的距離。由于比起圖形本身的尺寸要小很多，當(dāng)復(fù)合光柵平移一適明顯物頻譜會受到兩個一維余弦光柵的調(diào)制。當(dāng)其受第一次記錄的光柵調(diào)制后，在輸出面P3上可得到3個衍射像，其中零級衍射像位于x3Oy3平面的原點，正、負一級衍射像則距離為。由于很小，故x3與”3x的差也很小,從而使兩個對應(yīng)的±1級衍射像幾乎重疊，沿x3方向只沿x3軸對稱分布于y3軸兩側(cè)距原點的距離為 〔f距離為。由于很小，故x3與”3x的差也很小,從而使兩個對應(yīng)的±1級衍射像幾乎重疊，沿x3方向只當(dāng)?shù)木嚯x時,由此引起兩個同級衍射像的相移量為：當(dāng)?shù)木嚯x時,由此引起兩個同級衍射像的相移量為：當(dāng)這時兩個同級衍射像正好相差相位，相干疊加時兩者重疊局部相消，只剩下錯開的圖像邊緣局部，從而實現(xiàn)了邊緣增加。這時：三．試驗儀器介紹：光學(xué)試驗導(dǎo)軌1000mm1根半導(dǎo)體激光器(含電源)635nm/3mW1臺微分圖像+干板夾1套復(fù)合光柵+干板夾1套傅里葉透鏡2套毛玻璃1塊擴束鏡1套準直鏡1套滑塊7個一維位移架1個四．試驗步驟：圖3光學(xué)圖像微分處理試驗裝置圖使的從半導(dǎo)體激光器出射的激光光束平行于光學(xué)試驗導(dǎo)軌。2：在半導(dǎo)體激光器的前面放入擴束鏡，調(diào)整擴束鏡的高度和其上面的二維調(diào)整旋扭，使的擴束鏡與激光光束同軸等高。3：在擴束鏡的前面放入準直鏡，調(diào)整準直鏡的高度，使的準直鏡與激光光束同軸等高。再調(diào)整準直鏡的位置，使的從準直鏡出射的光束成近似平行光。4：在準直鏡的前面搭建4f系統(tǒng)。保持兩傅里葉透鏡與激光光束同軸等高。照試驗圖所示。5：在4f系統(tǒng)的輸入面上放入待微分圖像，頻譜面上放入微分濾波器〔復(fù)合光柵〕且微分濾波器〔復(fù)合光柵〕裝在一維位移架上，輸出面上放入觀看屏〔毛玻