近代物理實驗總結(jié) 空間濾波

空間濾波PAGE第1頁，共3頁空間濾波摘要：空間濾波（spatialfiltering）是基于阿貝成象原理的一種光學(xué)信息處理方法，它采用濾波處理來增強影像。這樣做的目的是改善影像質(zhì)量，包括去除高頻噪聲與干擾，及影像邊緣增強、線性增強以及去模糊等。本文我先介紹一下空間濾波的發(fā)展，然后介紹下空間濾波實驗最后寫些自己認為可以的應(yīng)用情況。關(guān)鍵詞：空間濾波圖像處理實驗技術(shù)應(yīng)用綜述自六十年代激光出現(xiàn)以來，光學(xué)的重要發(fā)展之一是將數(shù)學(xué)中的傅里葉變換和通訊中的線性系統(tǒng)理論引入光學(xué)，形成了一個新的光學(xué)分支——傅里葉光學(xué)。傅里葉光學(xué)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)是傅里葉變換，它的物理基礎(chǔ)是光的衍射理論?，F(xiàn)代光學(xué)的一個主要部分為光信號處理，阿貝成像原理和阿貝波特開創(chuàng)了光信號處理的先河，在歷史上有著重要的地位。由于光的衍射，圖像夫瑯禾費衍射分布，即圖像的空間頻率分布與圖像的空間分布規(guī)律不同，這使得在頻譜面上對其進行處理可獲得一些特殊的圖像處理效果。光學(xué)信號處理的歷史可以一直追溯到125年前阿貝所做的研究工作。Zernike在1935年發(fā)明了相襯顯微鏡，它對光學(xué)信息處理做出了舉足輕重的貢獻。1960年，Proter用一系列實驗闡明了阿貝的理論。同年，Cutrona等明確提出用透鏡進行傅里葉變化的方案，從而傅里葉變換就可以用透鏡簡單地實現(xiàn)這一技術(shù)的特點，除了構(gòu)成傅里葉譜以外，還在與系統(tǒng)中可以串聯(lián)使用?？臻g濾波實驗簡介2.1阿貝成像理論阿貝研究顯微鏡成像時，提出了一種不同于幾何光學(xué)的新觀點，即將物像看成是不同空間頻率的集會，在相干光照明下，顯微鏡物鏡的成像過程分兩步完成，第一步是入射光經(jīng)物平面發(fā)生夫瑯禾費衍射，衍射光在物鏡后焦面上形成一系列的衍射斑(初級衍射圖或稱頻譜圖)；第二步是各種衍射斑作為新的次波源向前發(fā)出球面次波，在像面上干涉疊加，形成目鏡焦面上的像。將顯微鏡的成像過程看成是上述兩步成像的過程，是波動光學(xué)的觀點，后來人們稱其為阿貝成像理論。阿貝成像理論不僅用傅里葉變換闡述了顯微鏡成像的機理，更重要的是首次引入頻譜的概念，啟發(fā)人們用改造頻譜的手段來改造信息。阿貝——波特實驗是對阿貝成像原理最好的驗證和演示。2.2空間濾波器在光學(xué)信息處理系統(tǒng)中，空間濾波器是位于空間頻率平面上的一種吸收膜片，它可以減弱或去掉某些空間頻率成份，改變輸入信息的空間頻譜，從而實現(xiàn)對輸入信息的某種變換，得到我們所希望的改變了的像函數(shù)。這種對圖像作處理的方法稱之為空間濾波?？臻g濾波器的透過率函數(shù)一般是復(fù)函數(shù)H(ξ,η)=A(ξ,η)exp[jФ(ξ,η)]根據(jù)透過率函數(shù)的性質(zhì)，空間濾波器可以分為以下幾種：二元振幅濾波器這種濾波器的復(fù)振幅透過率是0或1。振幅濾波器這種濾波器僅改變各頻譜成份的相對振幅分布，而不改變其相位分布，通常是使感光片上的透過率變化正比于函數(shù)A(ξ,η)，從而使光場的振幅得到改變。為了作到這一點，必須按一定的函數(shù)分布來控制底片的曝光量分布。相位濾波器它只改變空間頻譜的相位，不改變它的振幅分布。由于不衰減入射光的能量，具有很高的光學(xué)效率。這種濾波器通常用真空鍍膜的方法得到，但由于工藝方法的限制，要得到復(fù)雜的相位變化是很困難的。復(fù)數(shù)濾波器這種濾波器對各種頻率成份的振幅和相位都同時起調(diào)制作用，濾波函數(shù)是復(fù)函數(shù)。它的應(yīng)用很廣泛，但難于制造。1963年范德拉格特用全息方法綜合出復(fù)數(shù)空間濾波器，1965年羅曼和布勞恩用全息技術(shù)制作成復(fù)數(shù)濾波器，從而克服了制作空間濾波器的重大障礙。2.3實驗內(nèi)容：用一組透鏡對激光束進行擴束，使原來較細的激光束變成一束較粗的平行光束。并照亮由正交光柵構(gòu)成的“光”字屏。由傅里葉透鏡進行傅里葉變換，在頻譜面上得到“光”字的空間頻譜。通過對空間頻譜的濾波改造，得到濾掉特定頻譜分量的“光”字圖像。通過實驗，了解掌握阿貝成像原理，阿貝-波特實驗原理，以及傅里葉光學(xué)中空間頻譜和空間濾波的概念。實驗裝置圖如下所示：先調(diào)整光路然后用空間濾波器換下白屏，分別用高通、低通、水平狹縫、垂直狹縫、45度狹縫對空間頻譜進行濾波，觀察像的變化規(guī)律；實驗中空間濾波的應(yīng)用1)衛(wèi)星拍照下來的月球照片是由許多照相底片細工鑲嵌而成的“合成照片”,但還能看到各底片的接縫處的水平痕跡.為了除去這些痕跡,可用不透光的細長條將這些水平接縫的頻譜當(dāng)住,在輸出面上就得到?jīng)]有接縫的底片.2)地震波記錄的光學(xué)信息處理.3)檢查大規(guī)模微型集成電路板的疵病.4)相襯顯微鏡.5)對動態(tài)圖像進行空間濾波處理后，檢測移動物體.6)對空間濾波器優(yōu)化，抑制強方向性背景干擾、檢測弱信號，可以提高弱信號檢測性能,提