傅里葉變換光學(xué)-文庫吧資料
2025-07-02 15:04本頁面
【正文】 圖像也均驗(yàn)證了這一點(diǎn)。理論得到的圖像和實(shí)驗(yàn)得到的圖像均驗(yàn)證了這一點(diǎn)。對比分析：由理論可知，高通濾波器具有“通高頻，擋低頻”的作用，也就是說，圖像的頻譜的中心頻率部分（零頻部分）被遮擋，導(dǎo)致直流部分的襯比度為0也就是說中間的相同亮度部分亮度丟失。理論的圖像發(fā)生了衍射，可能是細(xì)線的寬度太小導(dǎo)致發(fā)生了夫瑯禾費(fèi)衍射。 (a) (b)圖12線寬最細(xì)的高通濾波器(a)濾波后的圖像頻譜圖(b)濾波后的最終圖像 (a) (b)圖13線寬次細(xì)的高通濾波器(a)濾波后的圖像頻譜圖(b)濾波后的最終圖像 (a) (b)圖14線寬最粗的高通濾波器(a)濾波后的圖像頻譜圖(b)濾波后的最終圖像程序上使用的是理想的高通濾波器，也就是在豎直方向上的中間的部分的頻譜全部遮擋，只通過其他的高通部分。理論驗(yàn)證：用Mat Lab軟件編輯程序，使頻譜經(jīng)過理想高通濾波器調(diào)制，改變高通濾波器的寬度，觀察得到的圖像。圖像整體模糊而且亮度分布不均勻，可能是4F系統(tǒng)沒有非常的精準(zhǔn)。依次經(jīng)過細(xì)線寬度不斷增大的細(xì)線，得到的圖像如圖11： (a)線寬最細(xì) (b)線寬次細(xì)(c)線寬最粗圖11 濾波成像實(shí)驗(yàn)圖(a)線寬最細(xì)(b)線寬次細(xì)(c)線寬最粗由圖11可知，CCD得到的圖像的亮度與圖9相比有明顯的降低。觀察經(jīng)過4F系統(tǒng)后圖像的變化情況。在由于佳偶等原因沒法調(diào)出較為準(zhǔn)確的4F系統(tǒng)的情況下，可以嘗試著以調(diào)節(jié)CCD為主，前后左右移動以成像找到最佳位置，若仍然能沒有理想圖像，再微調(diào)傅里葉透鏡，之后再調(diào)CCD，如此反復(fù)，以得到最佳的圖像。改進(jìn)方法：保證光路準(zhǔn)直后，檢查射出的平行光斑是否為圓斑，若不是，則繼續(xù)調(diào)試準(zhǔn)直系統(tǒng)使其成為一個圓斑。實(shí)驗(yàn)得到的圖像邊緣模糊，不光滑，其可能原因是CCD沒有剛好落在透鏡焦點(diǎn)位置，也可能是因?yàn)閮筛道锶~透鏡沒有完全共軸，或者各器件之間的距離與4F系統(tǒng)所要求的距離有偏差?？芍磮D像的頻譜圖經(jīng)過傅里葉變換后得到的圖樣形狀和原圖一致，但是發(fā)生了翻轉(zhuǎn)，與實(shí)驗(yàn)得到的結(jié)果相同。調(diào)節(jié)光路，當(dāng)獲得最為清晰，且邊緣最為尖銳的圖像時，為較理想的圖像。2. 觀察樣品的反傅里葉頻譜圖圖樣。改進(jìn)方法：降低激光光強(qiáng)，是CCD盡量不產(chǎn)生過曝；調(diào)整光路，使CCD盡量正對傅里葉透鏡的焦面，得到盡量更好的圖樣；更換焦距較大的透鏡，由于焦距太小，導(dǎo)致對光的折射角度過大，使對焦點(diǎn)的確定變得很難。而圖中的“X”部分就是箭頭的斜邊部分的襯比度了。圖中處于中心位置的是零頻位置，也就是圖像的直流成分，可以理解為光強(qiáng)沒有發(fā)生變化的表象；越遠(yuǎn)離中心的頻譜自然指的是襯比度變化的部分，越遠(yuǎn)離中心，襯比度的變化程度越大。圖質(zhì)稍有模糊，分析原因，除了CCD的采樣分辨率太小之外，可能是由于光路沒有調(diào)節(jié)至完全共軸，或者CCD沒有恰好在透鏡焦點(diǎn)上，導(dǎo)致了實(shí)際上沒有在焦平面上獲取圖像。分析可知，中心的十字經(jīng)變換后仍為十字形，而頂角處的三角形則經(jīng)過傅里葉變換后變?yōu)椤啊毙?，因?yàn)樽罱K樣品的傅里葉變換圖像為“米”字形。圖像在焦平面上的頻譜圖為圖像經(jīng)過了一次二維傅里葉變換，再將頻譜搬移到中心，得到的頻譜圖如圖8(b)，可以看到，理論和實(shí)際得到的圖像很相似，都為“米”字型。圖6所示為樣品的原圖樣，圖7為其頻譜圖：圖6 樣品示意圖圖7 樣品傅里葉變換頻譜圖由圖可知，樣品經(jīng)過傅里葉變換得到的頻譜圖理論驗(yàn)證：用Mat Lab程序編輯一個二維矩陣做出一個圖6所示的圖像，使其發(fā)光部分值為1，不發(fā)光部分為0。實(shí)驗(yàn)結(jié)束。4. 在頻譜處理器的位置加上帶有狹縫的濾波片，將激光依次透過狹縫，觀察不同的狹縫對于光波的透過作用的不同，保存圖像，并分析。3. 根據(jù)反傅里葉變換光路裝置簡圖（4f系統(tǒng)）擺好光路，調(diào)節(jié)器件位置，以得到樣品最為尖銳的反傅里葉變換圖像，并保存。調(diào)節(jié)光路中各器件的位置，以得到樣品較為清晰的傅里葉變換圖像（根據(jù)所用樣品，最終應(yīng)得到“米”字圖像）。三、實(shí)驗(yàn)儀器與裝置圖實(shí)驗(yàn)儀器：激光器、準(zhǔn)直系統(tǒng)、傅里葉透鏡、傅里葉變換試件、頻譜處理器、CCD光電接收器；實(shí)驗(yàn)裝置圖：如圖5圖5 實(shí)驗(yàn)裝置圖四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1. 根據(jù)傅里葉變換光路裝置簡圖擺好光路，打開激光電源，調(diào)整光路。在有源濾波器的情況下,這里為濾波器的透過率函數(shù)，這也是我們進(jìn)行濾波實(shí)驗(yàn)的依據(jù)。此處的4f系統(tǒng)每次衍射都是從焦面到焦面，這就保證了復(fù)振幅的變換是純粹的傅里葉變換。在這樣的兩步中，變換平面T處于關(guān)鍵地位，若在此處設(shè)置光學(xué)濾波器，就能起到選頻作用。我們將相干光學(xué)系統(tǒng)的成像過程看作兩步：第一步，從O面到T面，使第一次夫瑯和斐衍射，它起分頻作用。由于變換平面上空間濾波器的作用，使輸出圖像得以改造，所以O(shè)TI系統(tǒng)又是一個相干光學(xué)信息處理系統(tǒng)。共焦平面（）稱為變換平面T，在此可以安插各種結(jié)構(gòu)和性能的屏（即空間濾波器）。為此，設(shè)計了圖4所示的圖像處理系統(tǒng)。由此可將，從光信息處理角度來講，透鏡孔徑的有限大小，使得系統(tǒng)存在著有限大小的通頻寬帶和截止頻率；從光學(xué)成像的角度來講，則使得系統(tǒng)存在著一個分辨極限。這樣，在透鏡像方焦平面上的光波場中就缺少了衍射屏透射光場中部分高頻成分，因此，所得衍射屏函數(shù)的頻譜將不完整。其次，透鏡有限大小
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