大学物理实验阿贝成像原理与空间滤波-PPT.ppt

历史回眸历史回眸一一 实验目的实验目的 阿贝成像原理是德国人阿贝（阿贝成像原理是德国人阿贝（E.Abbe,1874）在研究提高）在研究提高显微镜的分辨本领时提出的一个理论，该理论认为：物是一系显微镜的分辨本领时提出的一个理论，该理论认为：物是一系列不同空间频率信息的集合，相干成像过程分两步完成，第一列不同空间频率信息的集合，相干成像过程分两步完成，第一步是入射光经物平面发生夫琅禾费衍射，起到步是入射光经物平面发生夫琅禾费衍射，起到“分频分频”作用，作用，第二步是各衍射斑发出的球面次波在像平面上相干迭加，起到第二步是各衍射斑发出的球面次波在像平面上相干迭加，起到“合成合成”作用，像就是干涉场。作用，像就是干涉场。阿贝成像原理的意义在于阿贝成像原理的意义在于:它以它以一种新的频谱语言来描述信息一种新的频谱语言来描述信息,它启发人们用改造频谱的方法来它启发人们用改造频谱的方法来改造信息，是光电子信息学的基础实验改造信息，是光电子信息学的基础实验（1 1）了解阿贝成像原理）了解阿贝成像原理,接受傅里叶光学的空间频率、接受傅里叶光学的空间频率、空间频谱、空间滤波等概念；空间频谱、空间滤波等概念；（2 2）学习）学习 调制与假彩色编码。调制与假彩色编码。以一正弦光栅为物，简要说明阿贝成像原理。以一正弦光栅为物，简要说明阿贝成像原理。二二 实验原理实验原理/2.12.1阿贝成像原理阿贝成像原理 第第1 1步：步：入射光经物平面发生夫琅禾费衍射，衍射光束被分解成为不同方向入射光经物平面发生夫琅禾费衍射，衍射光束被分解成为不同方向传播的多束平行光（每一束平行光相应于一定的空间频率），其作用是把光传播的多束平行光（每一束平行光相应于一定的空间频率），其作用是把光场分布转变为空间频率分布，即分频场分布转变为空间频率分布，即分频”第第2 2步：步：衍射波被透镜接收衍射波被透镜接收,在透镜的焦平面上形成三个频率成分不同的衍射在透镜的焦平面上形成三个频率成分不同的衍射斑斑S S+1+1.S.S0 0,S,S-1-1，所以把所在的焦平面称为谱平面。，所以把所在的焦平面称为谱平面。S S+1+1.S.S0 0,S,S-1-1可看成三个次波可看成三个次波源，次波源发出的球面波在透镜的像平面发生相干迭加，不同空间频率的光源，次波源发出的球面波在透镜的像平面发生相干迭加，不同空间频率的光束又复合成像。束又复合成像。即即“合成合成”阿贝成像原理的这两个步骤本质上就是两次傅里叶变换。阿贝成像原理的这两个步骤本质上就是两次傅里叶变换。实验原理实验原理/设有一个空间二维函数：设有一个空间二维函数：g(x,y),则其二维傅立叶变换为则其二维傅立叶变换为式中式中fx，fy是是x,y 方向的空间频率，方向的空间频率，g(x,y),则其则其G（fx,fy）的逆傅）的逆傅立叶变换立叶变换物理解释：如果焦距为物理解释：如果焦距为F 的会聚透镜的焦平面是放一振幅透过的会聚透镜的焦平面是放一振幅透过率为率为g(x,y)的图像作为物，并用波长为的图像作为物，并用波长为的光垂直照射该透明的光垂直照射该透明物体，则在透镜后面的焦平面（物体，则在透镜后面的焦平面（）上的复振幅分布就是）上的复振幅分布就是g(x,y)的傅立叶变换其的傅立叶变换其G（fx,fy）。）。（）称为谱平面，谱）称为谱平面，谱平面上的光强分布就是夫琅禾费衍射图样。平面上的光强分布就是夫琅禾费衍射图样。2.1阿贝成像原理阿贝成像原理 二二 实验原理实验原理/2.22.2空间滤波空间滤波空间滤波：空间滤波：在光学系统的傅立叶频谱面上放置具有一定透在光学系统的傅立叶频谱面上放置具有一定透过率的滤波器，改变光场的频谱结构，按照需要改变像的过率的滤波器，改变光场的频谱结构，按照需要改变像的性质性质 频谱面上的光场分布与物的结构密切相关，原点附近分频谱面上的光场分布与物的结构密切相关，原点附近分布着物的低频信息，即傅立叶低频分量，离原点越远，分布着物的低频信息，即傅立叶低频分量，离原点越远，分布着物的高频分量，即傅立叶高频分量布着物的高频分量，即傅立叶高频分量 意义：傅立叶变换阐述了物的成像过程的机理，在显微意义：傅立叶变换阐述了物的成像过程的机理，在显微镜成像中意义重大，更重要的是引入了频谱的概念，启发镜成像中意义重大，更重要的是引入了频谱的概念，启发人们可以通过改造频谱来改造信息人们可以通过改造频谱来改造信息二二 实验原理实验原理/2.3 2.3 调制调制 将一幅透明画拆分成三部分：房子、草地、天空，将这三部分分将一幅透明画拆分成三部分：房子、草地、天空，将这三部分分别刻在三片不同取向的光栅上，将光栅叠在一起作为物，此物叫调制片，别刻在三片不同取向的光栅上，将光栅叠在一起作为物，此物叫调制片，用白光照明调制片，光束发生衍射，衍射光束经透镜后在其焦平面成像用白光照明调制片，光束发生衍射，衍射光束经透镜后在其焦平面成像形成衍射谱，如在谱平面上放置频谱滤波器，在房子谱方向只让红色光形成衍射谱，如在谱平面上放置频谱滤波器，在房子谱方向只让红色光谱通过，在草地谱方向只让绿色通过，在天空谱方向只让蓝色谱通过，谱通过，在草地谱方向只让绿色通过，在天空谱方向只让蓝色谱通过，在像平面上将看到图像被在像平面上将看到图像被“着上着上”不同颜色不同颜色 二二 实验原理实验原理/2.3 2.3 调制调制动画、脚本设计：赵改清动画、脚本设计：赵改清课课 件件 制制 作：赵改清作：赵改清深圳大学大学物理教学实验中心深圳大学大学物理教学实验中心2014.92014.9谢谢