現(xiàn)代光學(xué)信息處理實驗

-PAGE2-實驗報告課程名稱傅里葉光學(xué)實驗項目實驗一θ調(diào)制實驗實驗二空間濾波實驗系別光電專業(yè)測控班級/學(xué)號09022009010756學(xué)生姓名實驗日期___2011年12月7日__成績______________________指導(dǎo)教師__________________PAGEPAGE6實驗一θ調(diào)制實驗=1\*CHINESENUM3一、實驗?zāi)康倪M一步了解空間濾波的概念和了解顏色合成的一種方法二、實驗原理θ調(diào)制屬于空間濾波的一種形式，它只是用不同取向的光柵對物平面的各個部分調(diào)制（編碼），通過特殊濾波器控制像平面相應(yīng)部位的灰度（用單色光照明）或彩色（用白光照明）的一種方法。本實驗是用白光照明透明物體，在輸出平面上得到彩色圖像的有趣實驗，透明物體就是本實驗中使用的調(diào)制光柵。在這個光柵上，天安門、草地、天空分別由三個不同取向的光柵組成。拼圖時利用光柵的不同取向把準(zhǔn)備“著上”不同顏色的部位區(qū)分開來。三、實驗儀器1.帶有毛玻璃的白熾燈光源S2.準(zhǔn)直鏡L1：f1=225mm3.二維調(diào)整架：SZ-074.θ調(diào)制板（或三維光柵）5.干板架：SZ-126.傅立葉透鏡L2:f2=150mm7.θ調(diào)制頻譜濾波器:SZ-408.傅立葉透鏡L3:f3=150mm9.白屏H：SZ-1310.滑座111.滑座112.滑座313.滑座114.滑座315.滑座116.滑座117.導(dǎo)軌四、儀器實物圖及原理圖圖一五、實驗步驟把全部器件按圖一順序擺放在導(dǎo)軌上，靠攏后目測調(diào)至共軸。將光源S放于準(zhǔn)直鏡L1的物方焦距F1處，并使從L1出來的平行光垂直的照射在θ調(diào)制板上。將屏置于離θ調(diào)制板1米處，前后移動L2，使θ調(diào)制板的圖像清晰的成在屏上。在傅氏面上加入θ調(diào)制頻譜濾波器，在θ調(diào)制頻譜濾波器上看到光柵的衍射圖樣。三行不同取向的衍射極大值是相對于不同取向的光柵，也就是分別對應(yīng)于圖像的天空、房子和草地，這些衍射極大值除了0級波沒有色散以外，一級、二級……都有色散，由于波長短的光具有較小的衍射角，一級衍射中藍光最靠近0級極大，其次為綠光，而紅光衍射角最大。調(diào)節(jié)θ調(diào)制頻譜濾波器上滑塊的通光的寬度和通光的位置，使相應(yīng)于草地的一級衍射圖上的綠光能透過θ調(diào)制濾波器通過成像物鏡L3將彩色像成像在屏上，用同樣的方法，使相應(yīng)于房子一級衍射的紅光和相應(yīng)于天空部分的一級衍射的藍光能透過，這時候在屏幕上的像就會出現(xiàn)藍色天空，紅色天安門，綠色草地。六、實驗現(xiàn)象及總結(jié)1、在白板上得到一副為藍色天空，紅色天安門，綠色草地的像。2、本次實驗中，最重要的前提準(zhǔn)備是發(fā)出的平行白光，通過老師的講解，我學(xué)會了一種判斷是否為平行光的方法——就是利用在第一次出射光所占報紙上字體的行數(shù)是否等于移動后所占的字體行數(shù)，即可清晰準(zhǔn)確的判斷是否為平行光。利用兩個傅里葉透鏡將衍射光柵上的內(nèi)容進行解調(diào)，通過調(diào)節(jié)θ調(diào)制頻譜濾波器三個孔的衍射角度，從而得到預(yù)期圖片。實驗二空間濾波實驗空間濾波是在光學(xué)系統(tǒng)的頻譜面上放置適當(dāng)?shù)臑V波器，改變物的頻譜結(jié)構(gòu)，按照預(yù)定的需要使像得到改善。實驗?zāi)康目臻g頻率濾波（簡稱空間濾波）是相干光學(xué)處理中一種最簡單的方式，它利用了透鏡的傅立葉變換特性，把透鏡作為一個頻譜分析儀，利用空間濾波的方式改變物的頻譜結(jié)構(gòu)，從而使像得到改善。實驗原理空間濾波概念上起源于阿貝成像理論。實驗裝置如圖1所示：物采用正交光柵（即細絲網(wǎng)格狀物），由單色相干平行光照明；在頻譜面上放置濾波器，以各種方式改變物的頻譜結(jié)構(gòu)，阻擋某些頻譜，選擇另一些頻譜讓其通過；然后在像平面上觀察，可得到各種不同于物的像。典型的光學(xué)信息處理系統(tǒng)為如圖2所示的4f傅里葉變換系統(tǒng)：光源S經(jīng)擴束鏡L產(chǎn)生平行光照射物面（輸入面），經(jīng)傅里葉透鏡L1變換，在其后焦面F處產(chǎn)生物函數(shù)的傅里葉頻譜，再通過透鏡L2的傅里葉逆變換，在輸出面上將得到所成的像(像函數(shù))。qqpP2P1fP3yxTp(x,y)ILL1L2-ff-fyx圖24f光學(xué)信息處理系統(tǒng)實驗內(nèi)容我們用圖3表示實驗內(nèi)容及結(jié)果：A：表示正交光柵的頻普及像的情況；B：擋住頻譜面上的縱向信息，只讓橫向信息通過，在像平面上得到物的縱向結(jié)構(gòu)信息；C：擋住頻譜面上的橫向信息，只讓縱向信息通過，在像平面上得到物的橫向結(jié)構(gòu)信息；D：只讓頻譜面上的零頻分量通過，零頻分量是一個直流分量，它只代表像的本底；E：擋住零頻分量，在一定條件下可使像發(fā)生襯度反轉(zhuǎn)；F：采用選擇性濾波器，可望完全改變像的性質(zhì)。實驗步驟按照圖2調(diào)整光路，建立一個4f光學(xué)信息處理系統(tǒng)；2．觀察實驗現(xiàn)象（1）在離光柵（物）2m以外放置白屏，前后移動變換透鏡，在屏上接收光柵像。（2）在L1后焦面（傅氏面）處置一可調(diào)狹縫光闌，擋住頻譜0級以外的光點，觀察像屏上是否還有光柵像。（3）調(diào)節(jié)狹縫寬度，使頻譜的0級和1級通過光欄，觀察像面上的光柵像；然后撤出光闌，讓更高級次的衍射都能通過，再觀察像面上的光柵像。比較這兩種情況下光柵像有何變化。（4）光闌只遮擋傅氏面上的1級頻譜，觀察像面的變化。（5）將二維正交光柵替換一維光柵，讓豎向的一系列光點通過鉛直的狹縫光闌，觀察像面上柵縫的方向。（6）將光闌轉(zhuǎn)90°，再觀察像面上柵縫的方向。（7）將光闌轉(zhuǎn)45°，觀察像面上的變化。（8）用網(wǎng)格字替換正交光柵，觀察頻譜和像。（9）再將一個可變圓孔光闌放在傅氏面上，圓孔由大變小，直到只讓光軸上一個光點通過為止，比較濾波前后，網(wǎng)格字像構(gòu)成的變化