空间滤波和θ调制

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（实验五）空间滤波和θ调制

一、实验目的

1. 了解空间滤波概念、实现方法及其在光学信息处理中的作用； 2. 初步了解简单的空间滤波在光学信息处理中的实际应用 ； 3. 了解θ调制的原理；

4. 学会利用光学原件组装θ调制光路 。

二、实验原理

1. 空间滤波

根据阿贝成像理论，像是频谱面上各级频谱产生的子波相干叠加的结果（干涉合频）。由此启发我们，可通过对频谱面的改造达到改造像的目的。在频谱面上所作的光学处理就是空间滤波。

最简单的滤波器就是把一些特殊形式的光阑插到焦平面上，使一个或几个频率分量能通过，而挡住其他频率分量，从而使像平面上的图像只包括一种或几种频率分量。 2. θ调制

θ调制是用不同取向的光栅对物平面的各部位进行调制（编码），通过特殊滤波器控制像平面相应部位的灰度（用单色光照明）或色彩

（用白光照明）的方法。

对如图所示的θ调制板，图案各部分是有不同取向的光栅。如果使用白光照射，每个光栅会在不同方向形成彩色频谱（零级除外）。

每个彩色谱斑的颜色分布都是从外向里按红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫的顺序排列。

在频谱面上放置一个空间滤波器，让不同方向的谱斑通过不同的颜色，则在像面上得到彩色像。

这是利用不同方向的光栅对图像进行调制，因此称为θ调制法。又因为它将图像中的不同部位“编”上不同的颜色，故又称空间假彩色编码。

三、实验内容

1. 方向滤波

按如图调节光路，物面上放置正交光栅，观察其频谱和像。

在频谱面上放置如图取向的单缝光阑，分别观察像的变化，作出必要的解释。

2. 低通滤波

把一个带正交网格的透明字（透明的“光”字内有叠加的网格）置于物平面，观察其频谱和像。把一个可变圆孔光阑放在频谱面上，使圆孔由大变小，观察像的变化，并作出解释。 3. 高通滤波

将一个透光十字屏放在物平面上，从像平面观察放大像。然后在频谱面上置一圆屏光阑，挡住频谱面的中部，再观察和记录像面变化，作出解释。 3. θ调制

按如图所示调节光路，其中，L1和L2的焦距分别是190mm和225mm。

f1 f2 溴钨灯

L1 L2 物面 频谱面 （ θ调制板） （纸板）

像面

将夹紧白纸的纸板架固定在频谱面上，仔细观察三个方向的彩色频谱（每个方向对应于调制板图案的一部分）。

用大头针在每个方向频谱中相同颜色处扎一个小孔（尽可能准确），不同方向频谱选不同颜色。

扎有小孔的纸屏就相当于一个特殊的滤波器，这时在像面上就可以看见被“着色”的像。

四． 思考题

1、方向滤波处理时频谱函数改变与象函数改变的对应关系是什么， 2、空间滤波时，是在第一个透镜的后焦平面上进行的。在其他位置可以么？

3、θ调制实验中如果使用单色光作为光源，会观察到彩色图像么？为什么？

4、θ调制实验中为什么会观察到彩色图像？

五、实验数据及处理：

1、 2、观察频谱的变化对成像的影响 实验现象：

原因：

六、实验结论：

误差分析

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