空间滤波与全息术.ppt

第一页，共十四页，2022年，8月28日 §1阿贝成像原理与空间滤波 德国物理学家阿贝（Abbe）在研究提高显微镜的分辨本领时，于1873年提出二次成像理论。如图4.23.2所示，用相干平面波照明物平面O，F’是透镜的后焦面，I是相应的像平面，这是相干成像系统。 1.阿贝成像原理 第二页，共十四页，2022年，8月28日 阿贝提出透镜的成像过程是二次衍射过程。第一步是平面波经物面O衍射，在透镜的后焦面F’上形成夫琅和费衍射斑，也即是物体的频谱。第二步是各衍射斑作为新的子波源发出球面波继续向前传播（衍射），在像平面I上互相叠加形成了物体的像。这是从波动光学的观点分析成像过程，人们称其为阿贝成像原理。 用傅里叶光学的观点来看，第一次衍射相当于将物的透射率函数进行傅里叶变换，得到频谱函数（分频）。第二次衍射相当于频谱函数的逆变换（合成）。 第三页，共十四页，2022年，8月28日 阿贝的二次成像理论使人们对成像过程有了更深刻的认识，它启发人们在成像过程中，用改造频谱的手段来改进图像，为现代光学信息处理奠定了一定的基础。 2.空间频率滤波 若把不同形状的滤波器（如狭缝、圆孔、小挡光屏等）放在频谱面上，就能以各种方式改变频谱，从而改变像的结构，这就是所谓的空间频率滤波。 第四页，共十四页，2022年，8月28日 根据阿贝的理论和实验，波特（Porter）于1906年也报道了这方面的实验。他的实验装置简单，但十分明确地验证了阿贝实验原理，并且首次实现了空间滤波。 阿贝-波特实验 第五页，共十四页，2022年，8月28日 1. 二次成像过程的实现 用相干平面波正入射到物体上，物体是一张细网格。在透镜的后焦面上形成了网格的空间频谱。由于这些频谱的再组合，在像平面上再现网格的像。 第六页，共十四页，2022年，8月28日 1）低通滤波 低频成分集中在频谱面的光轴附近，高频成分落在远离中心的地方。若用一个圆形小孔放在频谱面中心，它只让低频成分通过，阻挡高频成分通过，这个小孔就是一个低通滤波器。图象的精细结构及突变部分主要由高频成分起作用，所以经低通滤波后图象的精细结构将消失，黑白突变处也变得模糊。 2. 空间滤波 第七页，共十四页，2022年，8月28日 2）高通滤波 若将一个圆屏放在频谱面中心，阻挡低频成分通过，而让高频成分通过，这个圆屏就是一个高通滤波器。其结果正好与低通滤波相反，使物的细节及边缘清晰了。 3）方向滤波 方向滤波的目的是只让某一方向的频谱成分通过。例如，只让横向频谱成分通过，则像面上将突出了物的纵向线条。这种滤波器呈狭缝状。若改变狭缝的取向，则像平面上的网格像发生相应的变化。 第八页，共十四页，2022年，8月28日 4）带通滤波 带通滤波的目的是滤去低频和高频成分，只让中频成分通过。圆环就是一个带通滤波器。 第九页，共十四页，2022年，8月28日 调制实验 若物平面上不同部分是由不同方向取向的光栅组成，则平行白光通过物面（光栅）后，由于光栅的色散作用，由物面不同部分的衍射形成不同方向的空间频谱分布。若在频谱面上放置一个空间滤波器（按各光谱方向分布的通光孔），让不同方向的频谱通过不同的色谱，则通过空间滤波器的光在像平面上形成彩色像。这是利用不同方向的光栅对图像进行了调制，因此称为θ调制法。又因为它将图像中的不同部位“编”上不同的颜色，故又称为空间假彩色编码。 第十页，共十四页，2022年，8月28日