2022年2022年阿貝成像原理和空間濾波實(shí)驗(yàn)報(bào)告1

1、精選學(xué)習(xí)資料 - - - 歡迎下載1精品學(xué)習(xí)資料精選學(xué)習(xí)資料 - - - 歡迎下載試驗(yàn)二阿貝成像原理和空間濾波試驗(yàn)1引言阿貝所提出的顯微鏡成像的原理以及隨后的阿波特試驗(yàn)在傅里葉光學(xué)早期發(fā)展歷史上具有重要的位置；這些試驗(yàn)簡潔而且美麗,對相干光成像的機(jī)理.對頻譜的分析和綜合的原理做出了深刻的說明；同時(shí),這種用簡潔模板做濾波的方法,直到今日,在圖像處理中仍舊有廣泛的應(yīng)用價(jià)值；11 試驗(yàn)?zāi)康暮鸵饬x1）. 加強(qiáng)對傅里葉光學(xué)中有關(guān)空間頻率.空間頻譜和空間濾波等概念的懂得；2）. 用一個帶有藍(lán)天白云仍有城樓的光柵進(jìn)行空間濾波和圖像再現(xiàn),熟識空間濾波的光路及空間濾波的原理；2系統(tǒng)概述21 系統(tǒng)原理二維傅里葉變

2、換）.1 設(shè)有一個空間二維函數(shù),其二維傅里葉變換為ygx、.dxdyfyi2xf、yg.x、yexp.xg（1f）.f、gf yxyx.-1f、fgf、f的又為式中,而分別為x、y方向的空間頻率,其量綱為 ly、gxyxyx 逆傅里葉變換, 即 .、fgf.-1dfdffx.fyfgf、expi2.f）2 （.y、gxyx yyyxxx. 式（ 2）表示任意一個空金函數(shù),可以表示為無窮多個基元函數(shù) x、yg.dfydf2fx.fpexi的基元的線性疊加, 為相應(yīng)于空間頻率為ff、gff、yxyxyyxx函數(shù)的權(quán)重,稱為的空間頻率；f、fgy、xg yx當(dāng)為一個空間周期性函數(shù)時(shí),其空間頻率為不連

3、續(xù)的離散函數(shù)；x、yg2）. 光學(xué)傅里葉變換理論證明,假如在焦距為f 的會聚透鏡的前焦面上放一振幅透過率為gx、y的圖象作為物,并以波長為 的單色平面焦鏡后象圖,就在透面波垂照明.的傅、 （）上的振幅分布就為y x、ygx標(biāo)與坐,變換其中里葉f、f、fgf yxyx.的關(guān)系為 、y x''yx 3（） .f.f、 1圖yx.ff.,由此可見,復(fù)雜的二維傅里1 面稱為頻譜面（或傅氏面）故,見圖 y x 葉變換可以用一透鏡來實(shí)現(xiàn),稱為光學(xué)傅里葉變換,頻譜面上的光強(qiáng)分布就2精品學(xué)習(xí)資料精選學(xué)習(xí)資料 - - - 歡迎下載為 2,稱為頻譜,也就為物的夫瑯禾費(fèi)衍射圖；ff、gyx . 阿貝

4、成像原理3）年提出了相干光照明下顯微鏡的阿貝成像原理,他認(rèn)為,在相阿貝在1873 第一步為通過物的衍射光在物鏡干的光照明下,顯微鏡的成像可分為兩個步驟：后焦面上形成一個衍射圖,其次步就為物鏡后面上的衍射圖復(fù)合為（中間）像,這個像 可以通過目鏡觀看到；第一步把物面光場的空間分成像的這兩個步驟本質(zhì)上就為兩次傅里葉變換,、fgf,其次步就為再作一次變換,又將布變 為頻譜面上空家頻率分布gx、y yx仍原到空間分布； 、gffx、yg yx顯示了成像的這兩個步驟, 為了便利起見, 我們假設(shè)為一個一維光柵,圖 2 經(jīng)衍射分解成為不同的許多束平行光相應(yīng)于肯定的空間單色平行光照在光柵上,經(jīng)過物鏡分別聚焦在后

5、焦面上形成點(diǎn)陣,然后代表不同空間頻率的光束頻率）又重新在像平面上復(fù)合而成像；2 圖假如這兩傅氏變換完全為抱負(fù)的,即信息沒有任何缺失,就像的物應(yīng)完全相像（可能有放大或縮?。?,但一般說來像和物不行能完全相像,這為由于透鏡的孔徑為有限的,總有一部分衍射角度較大的高次成分（高頻信息）,不能進(jìn)入到透鏡而被丟失了, 所以像的信息總為比物的信息要少一些,高頻信息主要反映了物的細(xì)節(jié), 假如高頻信息受到了孔徑的限制而不能到達(dá)像平面,就無論顯微鏡有多大的放大倍數(shù), 也不行能在像平面上顯示出這些高頻信息所反映的細(xì)節(jié),這為透鏡辨論率受到限制的根本緣由,特殊當(dāng)物的結(jié)構(gòu)特別精細(xì)（如很密的光柵） 或物鏡孔特別小時(shí),有可能

6、只有0 級衍射（空間頻率為0）能通過,就在像平面上就完全不能形成像；4）. 空間濾波根 據(jù) 上 面 討 論 , 成 像 過 程 本 質(zhì) 上 為 兩 次 傅 里 葉 變 換 , 即 從 空 間 函 數(shù)變yx、ggf、f,再變回到空間函數(shù)（忽視放大率）,假如我們在頻為頻譜函 數(shù)x、ygyx譜面（即透鏡的后焦面）上放一些模板（吸取板或相移板）,以減弱某些空間頻率成分或轉(zhuǎn)變某些頻率成分的相位,就必定使像面上的圖象發(fā)生相應(yīng)的變化.,這樣的圖象處理稱為空間濾波,頻譜面上這種模板稱為濾波器,最簡單的濾波器就為一些特殊外形的光闌,它使頻譜面上一個或一部重量通過,而擋3精品學(xué)習(xí)資料精選學(xué)習(xí)資料 - - - 歡迎

7、下載住了其他頻率重量,從而轉(zhuǎn)變像上圖象的頻率成分,例如圓孔光闌、 它使頻譜面上一個或一部分頻率重量通過, 而攔住了其他頻率重量, 從而轉(zhuǎn)變了像上圖象的頻率成分, 例如圓孔光闌可以作為一個低通濾波器, 而圓屏就可以用作為高通濾波器；22 儀器說明激光器.擴(kuò)束鏡 l1.圓形透鏡l2.光柵光屏.單縫. 小孔光闌, 白光光.源等；3試驗(yàn)步驟圖 3（ 1）先將激光器打開,利用一個小孔光闌對光束的光路進(jìn)行準(zhǔn)直,對激光器高度及俯仰角進(jìn)行調(diào)整,使激光光束在光學(xué)平臺的中心線上；（ 2）激光光束通過擴(kuò)束鏡l1 進(jìn)行擴(kuò)束,得到較大光斑及散射角的光束；（ 3）用小孔光闌截取光束的一部分照耀到一個準(zhǔn)直透鏡上,對光束進(jìn)行準(zhǔn)直,使它變成平行光；（ 4）在物架上放置一光柵,光柵條紋沿水平豎直方向,其后放一傅里葉變換透鏡；在頻譜面上將會看到水平方向和豎直方向上排列的等間距衍射光點(diǎn)；中間最亮的為 0 級衍射,四周依次為±1,