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利用matlab模拟光学简单空间滤波系统 2.doc
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利用matlab模拟光学简单空间滤波系统 2
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利用 MATLAB 模拟光学简单空间滤波系统
摘要:阿贝成像原理是第一步在透镜的后焦面上得到物的空间频谱分布,第二步
成像则是合频的过程,实则是两次傅立叶变换。利用阿贝-波特实验装置和空间
滤波系统,可以对一幅光学图像进行光学信息处理。通过 MATLAB 环境编写程
序完成阿贝-波特实验和空间滤波的物理模型的构建并进行计算机模拟。
关键词:MATLAB;阿贝成像原理;空间滤波;计算机模拟
引言:
早在 1873 年,阿贝(E.Abbe,1840—1905)在德国蔡司光学器械公司研究如
何提高显微镜的分辨本领问题时,就认识到相干成像的原理。空间滤波的主要目
的是通过有意识地改变像的频谱,使像实现所希望的变化。光学信息处理是一个
更为广阔的领域,它是基于光学频谱分析,利用傅里叶综合技术,通过空域或频
域调制,借助空间滤波技术对光学信息进行处理的过程。阿贝提出的二次成像理
论和 20 世纪初的阿贝—波特实验,已经为光学信息处理打下了一定的理论基础。
在阿贝成像理论的教学中,单纯依靠数学推演来讲解,效果不好,特别是空间
频率、空间滤波等概念的形成有一定的困难。虽然可以通过演示阿贝- 波特实
验来加强教学效果,但由于在普通教室难以完成演示实验,在实验室又受仪器、场
地等方面的限制,实验现象不太理想。为此,我们设计出计算机模拟实验, 获得
较好的模拟效果。在学习了解了阿贝成像原理的基础上,我们可以通过 MATLAB
完成对阿贝-波特实验和空间滤波系统的计算机模拟,观察各种物体的空间频谱
分布,设计各种不同的空间滤波器。
1.阿贝成像原理
在相干平行光照明下,显微镜的物镜成像可以分成两步:第一步即分频过程,
由入射光经过物平面
1
P
发生衍射在物镜的后焦面
2
P
上形成夫琅禾费衍射图样;
第二步称为合频或频谱综合过程,衍射图样作为新的子波源发出的球面波在像平
面上相干叠加成像。相干光的成像过程本质上是两次傅立叶变换,第一次是将光
场空间分布变成频率分布,第二次则是傅立叶逆变换,即将各频谱分量复合为像。
如下图所示,为阿贝成像原理图。
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omyligaga
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