广 东 工 业 大 学 实 验 报 告
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预习情况 操作情况 考勤情况 数据处理情况 实验 二 题目：利用复合光栅实现光学微分处理 第 13 周 一、实验目的
1、掌握用复合光栅对光学图象进行微分处理的原理和方法
2、初步领会空间滤波的意义，初步了解相干光学处理中常用的的4F系统，加 深对光学信息处理实质的理解
3、通过实验和课前课后查阅资料，对傅立叶光学有个初步认识 4、通过实验观测对图象微分后突出其边缘轮廓的效果
二、实验原理
用空间滤波的方法，去掉图象中的低频成分而突出图象的高频成分，从而使轮廓突出。
（一）复合光栅：
如果两个光栅的栅线方向严格平行，则复合光栅将出现莫尔条纹，其空间频率υ1是υ和υ0的差频，即：υ1=△υ=∣υ-υ0∣
（二）复合光栅的空间滤波作用：
先使待处理图像生成两个相互有点错位的象，然后通过改变两个图象的相位让其重叠部分相减而留下由于错位而形成的边沿部分，从而实现图像边缘增强的效果，从数学角度来说，就是用差分代替了微分。
利用复合光栅进行图像微分的光学系统是典型的4f 系统，如图1所示： 平 行光P1 输入面 L1 傅氏透镜 L2 傅氏透镜
F F F F Y0 η X0 ξ Y X 图1 相干光学处理系统（4F系统）
相比较，显然可知：P3平面上物频谱受到了两个一维正弦光栅的调制，即其复振幅分布相当于由两个一维正弦光栅产生。
y x 图2 在输出面上得到的图象微分结果示意图
y x (a)输入图象 (b)微分滤波器 (c)微分输出
图3 沿x方向光学微分处理过程示意图
y x? x (a)输入图象 (b)微分滤波器 (c)微分输出
图4 沿y方向光学微分处理过程示意图
（三）实现光学微分图像 光路可按如下步骤调节：
1、搭光路，利用反射镜、扩束镜、准直镜产生方向符合需要的平行光。 2、在平行光束前面先放上透镜L1及屏P2，移动P2的位置使平行光束经过 L1聚焦在P2面上，则P2位于L1的后焦面上，这就是频谱面。固定L1及 P2的磁性底座。
3、在L1左边距离为F1的P1面处放上要处理的透明图像，拿走屏P2，放上透 镜L2及屏P3，移动P3使在屏上看到物的等大、倒立、清晰的像。
4、在P2面上放上复合光栅，用一维千分尺水平可调底座沿垂直于光轴的水 平方向平移复合光栅，从屏P3上观察图像的变化，找到最好的微分图像， 然后固定住复合光栅底座。
5、在P3面上换上干版，拍摄微分图像。 6、光路图：
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P1 L1 P3 P2(复合光栅) L2 y x C L F 图5 图象光学微分处理实验光路图
三、实验仪器：激光器、空间滤波器、凸透镜、复合光栅、狭缝、白屏，以及 相关的支撑调整架 四、实验内容
1、准备实验目标物（狭缝），拿出制作好的复合光栅 2、调节光路
注意调节激光光束与工作台面平行，使所有的光学元件面与光束垂直。 3、观察及拍摄光学微分图像
图1 原图像 图2 微分图像
五、心得体会
通过本次试验，初步领会了空间滤波的意义，初步了解了相干光学处理中常用的的4F系统，掌握了用复合光栅对光学图象进行微分处理的原理和方法，这是一次对理论知识很好的实践，从而加深了对理论知识的理解。
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