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光学讲义.doc
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实验十五调制空间假彩色编码一. 引言一张黑白图像有相应的灰度分布。人眼对灰度的识别能力是不高的,最多有 15~20 个层次。但是人眼对色度的识别能力却很高,可以分辨数十种乃至上百种色彩。若能将图像的灰度分布转化为彩色分布,势必大大提高人们分辨图像的能力,这项技术称之为光学图像的假彩色编码。假彩色编码方法有若干种,按其性质可分为等空间频率假彩色编码和等密度假彩色编码两类;按其处理方法则可分为相干光处理和白光处理两类。等空间频率假彩色编码是对图像的不同的空间频率赋予不同的颜色,从而使图像按空间频率的不同显示不同的色彩;等密度假彩色编码则是对图像的不同灰度赋予不同的颜色。前者用以突出图像的结构差异,后者则用来突出图像的灰度差异,以提高对黑白图像的视判读能力。黑白图片的假彩色化已在遥感、生物医学和气象等领域的图像处理中得到了广泛的应用。二. 实验目的(1)掌握θ调制假彩色编码的原理; (2)巩固和加深对光栅衍射基本理论的理解;获得假彩色编码图像。二. 基本原理对于一幅图像的不同区域分别用取向不同( 方位角?不同) 的光栅预先进行调制, 经多次曝光和显影、定影等处理后制成透明胶片,并将其放人光学信息处理 4f ,系统中的输入面,用白光照明,则在其频谱面上,不同方位的频谱均呈彩虹颜色。如果在频谱面上开一些小孔,则在不同的方位角上,小孔可选取不同颜色的谱,最后在信息处理系统的输出面上便得到所需的彩***像。由于这种编码方法是利用不同方位的光栅对图像不同空间部位进行调制来实现的,故称为?调制空间假彩色编码。具体编码过程如下: (1 )被调制物物的样品如图 1 所示。若要使其中草地、天安门和天空 3 个区域呈现3 种不同的颜色,则可在一胶片上曝光 3 次,每次只曝光其中一个区域( 其他区域被挡住),并在其上覆盖某取向的光栅,3次曝光分别取 3个不同取向的光栅,如图中线条所示。将这样获得的调制片经显影、定影处理后,置于光学信息处理 4 ,系统的输入平面P。,用白光平行光照明,并进行适当的空间滤波处理。图1被调制物示意图 2 .空间滤波用4f系统进行空间滤波,如图所示。图2?调制空间假彩色编码光路由于物被不同取向的光栅所调制,所以在频谱面上得到的将是取向不同的带状谱(均与其光栅栅线垂直),物的 3个不同区域的信息分布在 3个不同的方向上,互不干扰, 当用白光照明时,各级频谱呈现出的是色散的彩带,由中心向外按波长从短到长的顺序排列。在频谱面上选用一个带通滤波器,实际是一个被穿了孔的光屏或不透明纸。θ调制所用的物是一个空间频率为 100/mm 的正弦光栅,并把它剪裁拼接成一定图案,如图 1(a)中的天安门图案。其中天安门用条纹竖直的光栅制作,天空用条纹左倾 60 度的光栅,地面用条纹右倾 60 度的光栅制作。因此在频谱面上得到的是三个取向不同的正弦光栅的衍射斑,如图 1(b )所示。由于用白光照明和光栅的色散作用,除 0 级保持为白色外,正负 1级衍射斑展开为彩色带,蓝色靠近中心,红色在外。在0级斑点位置、条纹竖直的光栅正负 1级衍射带的红色部分、条纹左倾光栅正负 1级衍射带的蓝色部分以及条纹右倾光栅正负 1级衍射带的绿色部分分别打孔进行空间滤波。然后在像平面上将得到蓝色天空下,绿色草地上的红色天安门图案,如图 1(c)。如果带孔的光屏挡去水平方向的频谱点,则背景的图像消失;如果挡去另一方向的频谱点,则对应的那部分图像就会消失。因此,在代表草地、天安门和天空信息的右斜、左斜和水平方向的频谱带上分别在红色、绿色和黄色位置打孔,使这 3种颜色的谱通过, 其余颜色的谱均被挡住,则在系统的输出面就会得到红花、绿叶、茎和黄背景效果的彩***像。很明显, ?调制空间假彩色编码就是通过口调制处理手段,“提取”白光中所包含的彩色,再“赋予”图像而形成的。四. 实验仪器: 参见附表五. 实验内容 1.?调制片的制作:略 2.观察?调制空间编码效果观察实验光路(4f 系统) 如图 2 所示。图中白光光源,经准直后获得平行光,以照明 4f 系统。首先,将制得的?调制片置入 4f 系统的输人平面 P1 上,在输出平面 P3 上放置白屏观察,如果光路调整正确,将在白屏上呈现出清晰的像。然后在频谱面上放一张不透光白纸屏,可看到其上有 3组彩色谱点。根据预想的各部分图案所需要的颜色,用刀片划出小口或用细的卫生香烧洞,在天安门对应的一组谱点中,让这组频谱的红色通过, 白平行光 P 1 输入面 L 1 傅氏透镜 P 2 频谱面 L 2 傅氏透镜 P 3 输出面 FFFF 在草地对应的一组谱点中让绿色通过,天空对应的频谱中让黄色通过。再在输出平面 P3 上观看经编码得到的假彩色像。显然,假彩色像的颜色可以通过在频谱面上不同颜色对应的谱点部分扎孔来实现,并任意调色。序号型号名称重要指标数量 1LED 光源光纤型,光纤直径 1mm 1 2GCM-270240M Φ40镜架 3 3GCL-010227 双凸透镜Φ40f150 2 4GCL-010145 Φ40f801 5天安门光栅三维光栅 1 6GCM-420101 小磁座 7 7GCM-1302 干板夹 2 8GCM- 套筒 6 9GCM- 支杆 6 10观察屏 1 实验十六阿贝成像原理和空间滤波一. 引言阿贝所提出的显微物镜成像原理以及随后的阿贝——波特实验在傅里叶光学早期发展历史上具有重要地位。这些实验简单漂亮,对相干成像的机理、对频谱的分析和综合的原理做出了深刻的解释。同时,这种简单模板作滤波的方法, 直到今天在图像处理中仍然有广泛的应用价值。二. 实验目的通过实验加深对阿贝成像原理和傅里叶光学中关于空间频率、空间频谱和空间滤波等概念的理解。三. 基本原理 a) 空间频谱任何一个物理真实的物平面上的空间分布函数 g(x,y) 可以表示成无穷多个基元函数 exp[i2 π(fxx+fyy)] 的线性叠加,即 g(x,y )=??????????G(f x,fy)exp[i2 π(fxx+f yy)]df xdfy(1) 式中, fx、fy 是基元函数的参量,成为该基元函数的空间频率, G(f x,fy) 是该基元函数的权重,称为 g(x,y) 的空间频谱。数学上 G(f x,fy)可通过 g(x,y) 的傅里叶变换得到,即 G(f x,fy)=??????????g(x,y )exp[-i2 π(fxx+f yy)]dxdy (2) 公式(1)实质上是傅里叶变换(2)的逆变换。物理上可利用凸透镜实现物平面分布函数 g(x,y) 与其空间频谱的变换。具体做法是把振幅透过率为 g(x,y) 的图像作为物放在凸透镜的前焦面上,用波长为λ的单色平面波照射该物。平行光经物的衍射成为许多方向不同的平行光束,每一束平行光用空间频率(fx,fy) 和权重 G(fx,fy) 表征,衍射角越大( fx,fy) 也越大。空间频率为( fx,fy) 的平行光经凸透镜后汇聚在
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阿贝成像原理的matlab实现
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3秒自动关闭窗口平面波经圆孔光阑衍射的表征是直接基于麦克斯韦方程组。
The description of a plane wave diffracted by a circular aperture is directly started from the Maxwell's equations.
报道了在光路中使用小尺寸波纹光阑代替圆孔光阑的研究结果。
The experimental demonstration of the little-size serrated aperture instead of circular aperture in the laser system is given.
从光路的实际使用效果看，对比圆孔光阑，应用波纹光阑在其作用范围内实现了对光束衍射调制的抑制和填充因子的提高。
The intensity ripples of Fresnel diffraction are suppressed and the filling factor is improved by using the serrated aperture.
作为应用举例，对零阶贝塞尔高斯光束通过圆孔硬边光阑时的衍射损耗作了详细的计算。
As an example of applications, numerical calculation is performed to calculate the losses of Bessel-Gaussian beams propagating through a circular aperture.
当外孔大于1.5倍束腰时，衍射后轴上光强调制被有效压抑，这为选择光阑提供了合理参数。
While the modulation characteristics disappear as the outer circular aperture is bigger than 1.5 times of the beam waist size, the results offer reasonable aperture parameter for diffraction.
使用基尔霍夫衍射积分公式和菲涅耳衍射积分公式对高斯光束通过方孔光阑的衍射进行了研究。
The diffraction of Gaussian beams at an square aperture is studied based on the Kirchhoff and Fresnel diffraction integrals.
使用基尔霍夫衍射积分公式和菲涅耳衍射积分公式对高斯光束通过方孔光阑的衍射进行了研究。
The diffraction of Gaussian beams at an square aperture is studied based on the Kirchhoff and Fresnel diffraction integrals.
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- 来自原声例句
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