第八章-空间滤波.ppt

第八章空间滤波空间滤波的目的是通过有意识地改变像的频谱，使像产生所希望的变换。光学信息处理主要是用光学方法实现对输入信息的各种变换或处理。

8.1空间滤波的基本原理8.1.1阿贝成像理论8.1.2空间滤波的傅立叶分析8.2系统与滤波器8.2.1空间滤波系统8.2.2空间滤波器8.3空间滤波应用举例8.3.1策尼克相称显微镜8.3.2补偿滤波器8.4傅立叶变换透镜8.4.1傅立叶透镜的截止频率、空间带宽积和视场8.4.2傅立叶透镜对校正象差的要求8.4.3傅立叶透镜的结构历史进展1873年Abbe提出二次成像理论．1906年Abbe和Porter进行实验论证，说明了成像质量与系统传递的空间频谱之间的关系。1935年策尼克(Zernike)提出的相衬显微镜是空间滤波技术早期最成功的应用。1946年杜费(Duffieux)把光学成像系统看作线性滤波器，成功地用傅里叶方法分析成像过程，发表了《傅里叶变换及其在光学中的应用》50年代，艾里亚斯（Elias)及其同事发表《光学和通信理论》和《光学处理的傅里叶方法》，提供有力数学工具60年代激光的出现和全息术的重大发展，光学信息处理进入了蓬勃发展的新时期4.1空间滤波的基本原理8.1.1阿贝(Abbe)成像理论首次引入频谱的概念---将物看成是不同空间频率信息的集合利用傅立叶变换阐述了显微镜成像的机理阿贝-波特实验8.1.2空间滤波的傅立叶分析最典型的相干滤波系统----4f系统透过率(一维光栅）P2平面上光场分布其中x2是频谱面上的坐标位置，ξ是同一平面空间频率坐标频谱面上放置不同滤波器，输出面上像场的变化（1）滤波器相当宽度的窄缝?只允许零级谱通过狭缝后透射光场分布：输出平面光场分布：(2)狭缝允许零级和正、负一级频谱通过透射频谱：输出平面场分布：（3）滤波面放置双缝，只允许正、负二级谱通过透射频谱输出平面上的场分布（4）频谱面放置小圆屏挡住零级谱，其余可通过透射频谱像面上的光场分布a=d/2ad/2a=d/2ad/28.2系统与滤波器8.2.1空间滤波系统过程：空域?频域?空域乘法运算系统组成：光学透镜，输入、输出和频谱平面．频域上的乘法运算：通过在频谱面上放置所需要的滤波器来完成傅里叶变换的性质蕴含于光波的衍射中，借助透镜的作用可方便地利用存在于衍射中的傅里叶变换性质．1,三透镜系统——典型的滤波系统(4f系统)输出平面光场的复振幅分布F为f（x1,y1)在P2平面上的物谱，滤波器振幅透过率t正比于Hf(x3，y3):是物f(x1，yl)的几何像h是H的逆傅里叶变换，称为滤波器的脉冲响应，从频域来看，系统改变了输入信息的空间频谱结构，即为空间滤波或频域综合的含义；从空域来看，系统实现了输入信息与滤波器脉冲响应的卷积，完成了所期望的一种变换2,典型滤波系统二（双透镜系统）透镜L1：准直透镜，透镜L2：同时起傅里叶变换和成像作用，频谱面在L2的后焦面上，输出平面P3位于Pl的共扼像面处．特点：结构简单，但P2面上的物频谱不是准确的傅立叶变换3,典型滤波系统三（双透镜系统）L1：既是照明透镜又是傅里叶变换透镜．照明光源s与频谱面是物象共额面，L2：起第二次傅里叶变换和成像作用．特点：结构简单，可移动物面P1的位置，可改变输入频谱的比例大小，但P2面上的物频谱不是准确的傅立叶变换4,典型滤波系统四（单透镜系统）L具有成像和变换双重功能，照明光源与频谱面共扼，物面和像面形成另一对共扼面．特点：结构简单，可移动物面P1的位置，可改变输入频谱的比例大小，但P2面上的物频谱不是准确的傅立叶变换8.2.2空间滤波系统在光学信息处理系统中，空间滤波器是位于空间频率平面上的一种模片，它改变输入信息的空间频谱，从而实现对输入信息的某种变换．空间滤波器的透过率函数一般是复函数：根据透过率函数的性质，空间滤波器可以分为以下几种：1，二元振幅滤波器2，振幅滤波器3，相位滤波器4，复数滤波器1，二元振幅滤波器这种滤波器的复振幅透过率是o或1．由二元滤波所作用的频率区间又可细分为：（1）低通滤波器：只允许位于频谱面中心及