发布时间 : 星期六 文章阿贝成像原理和空间滤波更新完毕开始阅读49f9bf6958fafab069dc02eb
图5
4．空间滤波实验 (1)低通滤波
前述阿贝--波特实验中狭缝起的是方向滤波器的作用，可以滤去图像中某个方向的结构．而圆孔可作低通滤波器，滤去图像中高频成分，只让低频成分通过．
①按图6布置好光路，先放人L2，再放入L1，每次都调共轴，经L1扩束后光斑应打在L2中央．放人物屏P后注意P、Q的物像关系，在照明光会聚点设圆孔滤波器F．
图6
本实验物屏中央是透光的“光”字与细网格叠加在一起，网格空间频率约为10条／mm，调P、Q位置，使Q上有清晰的放大像，能看清其网格结构．
②观察F面上频谱分布，可以看到排成十字形的点阵．改变F上圆孔，逐步缩小，在圆孔直径≥lmm时(可以仍可看到像中有网格O．5mm直径圆孔时，只过，则在Q面上看到了字．这是因为“光”的空中在光轴附近很小范孔起到只通过低频的作用．
在更换圆孔时，要特别细心，光轴必须严格穿过小圆孔圆心，才能有良好的实际效果，否则可能“光”字不完整．如试验一段时间未能奏效，可以改用下法：把字屏P移走，把F屏上O．5mm圆孔移在中央，然后细心地用手上下移动圆孔，左右调节滑块座上微动螺旋及前后推移滑块位置，同时观察Q上衍射花样以决定如何移动小圆孔，直到最后出现大而均匀的光斑，再插入物屏P，像屏Q上必有清晰字样(不带网格)．因为此时光束会聚点正好在小圆孔圆心
通过多个光点)，结构，而换到允许中央亮点通没有网格的“光”
间频率低，就集围内．可见小圆
上．
把小圆孔移到中央亮到不带网格的“光”字，与网格的乘积时，其傅里因此每个亮点周围都是成“光”字．这就演示了傅里
点以外的亮点上，在Q屏上仍能看只是较暗淡一些．这说明当物为“光”叶谱是“光”的谱与网格的谱的卷积，“光”的谱，再作傅里叶变换就还原
叶变换的乘积定理．
(2)用?调制产生假彩色
①类似于通信技术中把信号与载波相乘以调制振幅与位
相，便于发送；光学
信息处理中把图像(信号)与空间载频(光栅)相乘，也起到调制作用，便于进行处理．
本实验中所用的物是由方向不同的一维光栅组合而成的(图7)．用激光束照射不同部位，就可在其后看到不同取向的衍射光线．光栅空间频率约为100条／mm，三组光栅取向各相差60。
图7 ②按图8(a)布置光路，S为溴钨灯，L1起聚光作用，在L1后聚光亮点处设滤
波器F，注意使S、L1距离大于L1、F距离，以获得较小的亮点．物P紧靠在L1后，F后设L2，L2把P的像成在Q屏上，为了得到较亮的像，最好P、L2距离大于或等于L2、Q距离． ③观察F面频谱的特点：第一，由于输入图像由三个取向不同的光栅构成，每组光栅对应一个衍射方向，衍射光线所在平面垂直于光栅的取向．如把该方向频谱全部挡去，则输出面上相应区域光强就转为零，例如把水平方向的频谱挡去，可以看到像上天空呈黑暗．其余类推．第二，由于照明光是白光，根据光栅方程，每组频谱零频的各色光衍射角均为0，各色光的零级叠加在一起就呈白色；而在其余±1，±2，?级上，波长长的色光衍射角大，因此各级均呈现从紫(在内)到红(在外)的连续的光谱色．
0
图8
④如图9所示，再次仔细调整共轴，使白光亮点恰好射在滤波器中央F透光处，而六条光谱带恰好从六条狭长孔中穿过．然后用带有铜片的小磁块在屏上移动，使铜片上小孔处在一级谱的某种颜色上，该色光得以通过．使孔1、孔1?通过黄光，输出平面上天空部分就呈蓝色，同理让孔2与孔2?通过红光，孔3与孔3?通过绿光，相应就在输出像中出现红色的房子与绿色的草地． 图9 ⑤用白纸在F屏后由近到远移动，观察各衍射级光点的颜色及光斑形状的变化情况，再次思考输入以上光栅取向、频谱面上变色光分布及所携带信息及输出谱形之间的关系． ⑥重新调整滤波孔位置，改变输出图像的色彩，这说明色彩是人为指定的而非天然色． 在实验过程中还有两点须注意：
第一，溴钨灯额定电压为12V，因此为延长使用寿命在调整光路时电压只放在6V左右，在上述第3项调整成功后，才把电压调整到lOV，以观察输出彩色效果，观察后随即把电压调低至6V然后再关电源．电压始终不得超过12V，并不准源，否则下次开电源的瞬间，极易烧断灯丝．
第二，光源S的开孔较大，射出的灯光经过光具座的反射，易添杂散光，干扰对彩色像的观察，可在P、F各屏的下方用黑纸挡去
【复习思考题】
1．从阿贝成像原理出发，要获得较高的成像分辨率可以采用什明光波长、物镜孔径已确定后，增大目镜的放大率能否提高分辨率?
2．用惠更斯原理解释低通空间滤波实验中频谱上各次极大亮点均带有“光”字的频谱．在本实验中如滤波孔直径从0.5mm减小到5?m，试设想输出图像是什么样的?
3．在?调制实验中，物面上没有光栅处原是透明的，像面上相应部位却是暗的，为什么?如果要让这些部位也是亮的，该怎么办，此时还能进行假彩色编码吗? 4．对透镜的功能有何新认识?
么办法?如在照在输出面Q处增这些杂光． 在12V时关掉电