钨灯，按记录时参考光的方向照明。记录时也可改用平行光作为参考光，此时须加一个准直物镜用平行光再现，也可直接用太阳光再现。像面全息图可用白光宽光源再现，再现像是消色差的，位于全息图平面上(二维物体)或跨立在全息图平面上(三维物体)。
六、思考题
1．像面全息图的再现像、像全息图的再现像和物体的像三者有何区别?
2．现有一张某物体的菲涅耳全息图，试利用它来制作该物体的像面全息图。要求画出原理性的光路图，并叙述制作步骤。
3．试设计一个拍摄反射像面全息图的光路。
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实验三 全息资料存储
一、实验目的
1．掌握傅里叶变换全息图用于资料存储的原理及光路。 2．学会拍摄傅里叶变换全息图，及观察其再现图象。 3．了解全息资料存储实验中对光路中各元件的要求。
二、实验原理
由于全息术是一种包括记录和再现的两步成像技术，只要将这两步过程以空间信号的形式写入和读出，全息图就成为一个图文资料的存储器。全息存储技术分有透镜的傅里叶变换全息存储和无透镜的傅里叶变换全息存储两种。
先简单介绍的是一种利用无透镜傅里叶变换全息术实现全息资料存储的方法。所谓无透镜傅里叶变换全息术是指有一定尺寸的物与全息图之间为有限距离，但不用傅里叶变换透镜，而将参考点光源与物放在同一平面内，虽然物的衍射波是菲涅耳衍射，然而获得的干涉条纹却是被调制的杨氏干涉条纹，将这些干涉条纹拍摄成全息图。
本实验实际采用的是有透镜的傅里叶变换全息图实现全息存储，由现代光学原理知道，透镜具有傅里叶变换性质，当字符片置于透镜的前焦面上时，在透镜的后焦面上就得到物光波的傅里叶变换频谱，形成谱点，其线径约为1mm，如果再引入参考光到频谱面上与之干涉，便可在该平面记录下物光波的傅里叶变换全息图。拍摄成功后，挡住物光，当我们用一与原参考光光束方向一致的再现光束照射这个点时，便能再现出原来的成像光束，从而在像上得到原字符片的再现象。
三、实验光路
全息资料存储有多种光路，可以根据要求自行设计多种光路，也可以参考以下两种光路，在下面两种参考光路中变换透镜L可用照相机镜头代替，镜头F数（f/D）要小，光圈调至最大。光源可用5mW激光器。
参考光路一：
光路说明：记录光路如图3-1所示，由激光器输出的光束给全反射镜M1转折射到分束镜BS，BS将光分成两束，透过的一束再经反射镜M2偏折，打到显微物镜L0上，由L0和
Lc将光变为平行光束。平行光束射到输入平面P上（“光学信息”四字底片），P位于傅里叶
透镜物方焦平面上，当物光穿过字符片的透明部分时，将会发生衍射。待存字符上各点发出的衍射光经过傅里叶透镜后，将会聚在傅里叶透镜的像面上。如果在傅里叶透镜的像方焦平面上放上全息干板，并且将由BS反射的另一束光（参考光）经反镜M3反射后引入到全息干板上，物光与参考光在全息干板上相干叠加，就能把物光所携带的信息记录在一个直径为1.5mm的点上。
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图3-1 全息资料存储记录光路一
La——激光器； M1~M3——反射镜； K——光电开关； BS——分束镜； L0——显微物镜；L——镜头； Lc——透镜； H——全息干板；P——输入平面
参考光路二：
光路说明：图3-2也是一种全息资料存储的记录光路。He—Ne激光器发出的激光束经分束镜Bs分成两束，一束作为物体的照明光(物光Q)，另一束作为参考光R。物光经扩束一准直后照明待存储的图像或文字(物)，P放在L的物方焦平面上，经图文资料衍射的光波由透镜L做傅里叶变换，在记录介质面H(透镜L的后焦面处)与参考光R相干涉，形成傅里叶变换点全息图。
图3-2 全息资料存储记录光路二
La——激光器；M1、M2——反射镜； K——光电开关； BS——分束镜； L0——显微物镜；L——镜头； Lc——透镜； H——全息干板；P——输入平面
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四、实验仪器
光学平台，He-Ne激光器，曝光定时器，薄透镜，反射镜，光电开关，分束镜，显微物镜，全息干板，，安全灯，直尺，细线，小白屏，待存储的图文，普通干板架。
五、实验内容与步骤
1．布置实验光路。按图选择适当的光学部件布置实验光路。显微物镜L0与准直镜Lc构成共焦系统，准直镜Lc与变换透镜L的口径要适当选大些，使其通过的光束直径略大于待存储资料原稿的对角线。为了充分利用光能，Lc和L还应选用相对孔径大的透镜。为了便于记录全息存储点阵，全息干版应安装在沿竖直和水平方向都可移动的移位器上。调整光路时，应先把H放在L后焦面上，然后向后移动造成一定离焦量(离焦量大小约为5%~10%)，离焦的目的在于使物光束在H上的光强分布均匀，从而避免造成记录的非线性。 2．调整参考光。使它与景物光到底片位置的光程相等，参考光束R的光轴与物光束的光轴在H上应相交，中心对准，两者的夹角控制在30°～45°之间。还应使参考光斑与物光斑在H上重合，参考光斑直径应大于选定的点全息图直径，以便全部覆盖整个物光斑。
3．记录全息图点阵，按照上述光路布置，选适当曝光时间曝光，为10S。每沿竖直或水平方向移动干板适当距离(例如3～5 rm)曝光一次，记录一个点全息图。
4．把已曝光的底片用D76稀释5倍显影数分钟，后定影数分钟，漂白后吹干。 5．重现。将处理后的全息图片放回到干板架，挡住物光束，用原参考光束作为重现光束，逐一移动干板架使参考光束照明每个点全息图，在全息图片后面一定位置用毛玻璃即可接收到各个点全息图中所存储的原稿的放大像。为使重现像清晰，应仔细调整移位器，使重现光束准确覆盖整个点全息图。 【注意事项】
1．本实验成败的关键在于适度离焦的物光斑和细束参考光斑必需在H面上重合，否则不能获得干涉效应。
2．当存储资料为文字时，由于提供的文字信号是二进制的，且只需勾画出字迹来即可，因此，对光路的要求不高，光路中不加针孔滤波器也行；但在存储灰度图像时，要求加针孔滤波器，且光路必需洁净，否则重现图像上要引起相干噪声斑纹。
六、思考题
1．什么叫4f 信息处理系统，为什么全息图像存储要在全息台上用4f系统？ 2．能否用白光实现全息图像存储？为什么？ 3．全息图像存储有什么用途？
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实验四 特征识别
一、实验目的
1．了解匹配滤波器的概念、结构特点及作用原理；
2．掌握匹配滤波器的制作方法，并制作出给定图像的匹配滤波器；
3．了解光学图像识别的原理，练习调整图像识别光路，观察相关及卷积图像并加以解释。
二、实验原理
1．匹配滤波器的概念及作用原理
匹配滤波器在图像识别中有着重要的作用。其定义如下：如果一个滤波器的复振幅透射系数T(?,?)与输入信号g(x0,y0)的频谱G(?,?)共轭，则这种滤波器称为信号g(x0,y0)的匹配滤波器。显然有
T(?,?)?G?(?,?) （4-1）
从匹配滤波器的这种结构特点，可以推断出这种滤波器对信号g(x0,y0)的空间频谱有着特殊的作用。这种作用可以用图4-1来加以说明。这是一个相干光学处理系统。L1和L2是一对傅里叶变换透镜，其焦距为f。L1的后焦面与L2的前焦面重合，从而构成4f系统。透射系数为g(x0,y0)的透明片放置在L1的前焦面P1上，并用平行光束照明。透镜L1对g(x0,y0)进行傅里叶变换，在L1后焦面P2上得到其频
图4-1 匹配滤波器作用原理 L1 、L2——傅里叶变换透镜
P1——输入面 P2——频谱面 P3——输出面
谱G(?,?)。如果在P2平面上插入一个匹配滤波器，其振幅透射系数为G?(?,?)，则透过P2平面的光场分布正比于GG*。GG*这个量是一个实数，也就是波的相位为常数。换言之，透过P2平面的光场分布是一列平面光波。因为这列平面光波的等相面上各点的振幅大小不是常数，而是按GG*分布的，所以它不是一列标准平面波，而是一列准平面波。这列平面光波通过透镜L2之后，在输出面P3(即L2的后焦面)上将形成一个自相关亮点(相关蜂)。
由此可见，匹配滤波器的作用是对信号g(x0,y0)的频谱G(?,?)进行相位补偿。平面光波经过输入面P1后产生波面变形，经匹配滤波器后得到相位补偿，从而又成为平面光波。显然，这种作用是由于G?(?,?)与G(?,?)是共轭复数，它们的相位正好相反，从而使GG*的相位为常数。如果在输入面P1上输入的不是g(x0,y0)，则它的频谱的相位不能被G?(?,?)补偿，在平面P2后就得不到平面光波，因而在输出面P3上就得不到自相关亮点，而只能得到一个弥散的像斑。由此可以推断：通过观察在输出面P3上是否存在自相关亮点，就可以判断输
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