現(xiàn)代光學(xué)信息處理實(shí)驗(yàn)

-PAGE2-實(shí)驗(yàn)報(bào)告課程名稱(chēng)傅里葉光學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)一θ調(diào)制實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)二空間濾波實(shí)驗(yàn)系別光電專(zhuān)業(yè)測(cè)控班級(jí)/學(xué)號(hào)09022009010756學(xué)生姓名實(shí)驗(yàn)日期___2011年12月7日__成績(jī)______________________指導(dǎo)教師__________________PAGEPAGE6實(shí)驗(yàn)一θ調(diào)制實(shí)驗(yàn)=1\*CHINESENUM3一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康倪M(jìn)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(shí)驗(yàn)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(duì)物平面的各個(gè)部分調(diào)制（編碼），通過(guò)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)，透明物體就是本實(shí)驗(yàn)中使用的調(diào)制光柵。在這個(gè)光柵上，天安門(mén)、草地、天空分別由三個(gè)不同取向的光柵組成。拼圖時(shí)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(kāi)來(lái)。三、實(shí)驗(yàn)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(shí)物圖及原理圖圖一五、實(shí)驗(yàn)步驟把全部器件按圖一順序擺放在導(dǎo)軌上，靠攏后目測(cè)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(lái)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(dòng)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(duì)于不同取向的光柵，也就是分別對(duì)應(yīng)于圖像的天空、房子和草地，這些衍射極大值除了0級(jí)波沒(méi)有色散以外，一級(jí)、二級(jí)……都有色散，由于波長(zhǎng)短的光具有較小的衍射角，一級(jí)衍射中藍(lán)光最靠近0級(jí)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(jí)衍射圖上的綠光能透過(guò)θ調(diào)制濾波器通過(guò)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(jí)衍射的紅光和相應(yīng)于天空部分的一級(jí)衍射的藍(lán)光能透過(guò)，這時(shí)候在屏幕上的像就會(huì)出現(xiàn)藍(lán)色天空，紅色天安門(mén)，綠色草地。六、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及總結(jié)1、在白板上得到一副為藍(lán)色天空，紅色天安門(mén)，綠色草地的像。2、本次實(shí)驗(yàn)中，最重要的前提準(zhǔn)備是發(fā)出的平行白光，通過(guò)老師的講解，我學(xué)會(huì)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(bào)紙上字體的行數(shù)是否等于移動(dòng)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(gè)傅里葉透鏡將衍射光柵上的內(nèi)容進(jìn)行解調(diào)，通過(guò)調(diào)節(jié)θ調(diào)制頻譜濾波器三個(gè)孔的衍射角度，從而得到預(yù)期圖片。實(shí)驗(yàn)二空間濾波實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)?zāi)康目臻g頻率濾波（簡(jiǎn)稱(chēng)空間濾波）是相干光學(xué)處理中一種最簡(jiǎn)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(gè)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(shí)驗(yàn)原理空間濾波概念上起源于阿貝成像理論。實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示：物采用正交光柵（即細(xì)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(guò)；然后在像平面上觀(guān)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(kuò)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(guò)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(shí)驗(yàn)內(nèi)容我們用圖3表示實(shí)驗(yàn)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(guò)，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(guò)，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(guò)，零頻分量是一個(gè)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(shí)驗(yàn)步驟按照?qǐng)D2調(diào)整光路，建立一個(gè)4f光學(xué)信息處理系統(tǒng)；2．觀(guān)察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象（1）在離光柵（物）2m以外放置白屏，前后移動(dòng)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(jí)以外的光點(diǎn)，觀(guān)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(jí)和1級(jí)通過(guò)光欄，觀(guān)察像面上的光柵像；然后撤出光闌，讓更高級(jí)次的衍射都能通過(guò)，再觀(guān)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(jí)頻譜，觀(guān)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(diǎn)通過(guò)鉛直的狹縫光闌，觀(guān)察像面上柵縫的方向。（6）將光闌轉(zhuǎn)90°，再觀(guān)察像面上柵縫的方向。（7）將光闌轉(zhuǎn)45°，觀(guān)察像面上的變化。（8）用網(wǎng)格字替換正交光柵，觀(guān)察頻譜和像。（9）再將一個(gè)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(gè)光點(diǎn)通過(guò)為止，比較濾波前后，網(wǎng)格字像構(gòu)成的變化