近代物理实验讲义 实验14阿贝成像与空间滤波 阿贝(E.Abb)首先提出显微镜成像原理以及随后的阿贝一波特空间滤波实验，在傅里叶 光学早期发展史上做出重要的贡献。这些实验简单、形象，令人信服，对相干光成像的机理及 频谱分析和综合原理做出深刻的解释，同时这种用简单的模板作滤波的方法一直延续至今，在 图像处理技术中仍然有广泛的应用价值。 【实验目的】 1、了解透镜的傅里叶变换性质，加深对空间频率、空间频谱和空间滤波等概念的理解： 2、熟悉阿贝成像原理，从信息量的角度理解透镜孔径对分辨率的影响： 3、完成一维空间滤波、二维空间滤波及高通空间滤波。 【实验原理】 1阿贝成像原理 1873年，德国人阿贝在研究显微镜设计方案时，提出了空间频率、空间频谱及二次衍射成像 的概念，并进行了相应的实验研究。他认为：在相干光照明下，显微镜的成像可分为两个步骤。 第一步是通过物的夫琅禾费衍射，在物镜后焦面上形成一个衍射图样，第二步是这些衍射图样发 出的子波相干涉，在像平面上相干迭加形成物的像，通过目镜可以观察到这个像。 ↑Y 平行光 图141阿贝成像原理示意图 图14.1是阿贝成像原理示意图，图中物G是正弦振幅透射光栅，成像的第一步是光梧的夫 琅禾费衍射。在G上取代表正弦光栖中的某些透光缝4、B、C,由正弦光橱透出的所有方向的光 中，经计算知，只有三个方向的平行光是彼此相长地相干，会聚于焦平面F上，形成1、6和月 1第二步，把这些衍射图样1、6和（看成是相干的子波源，这三列波在像平面H上相干迭加， 就得到正弦光楊的像。 按频谱分析理论，谱面上的每一点均具有以下四点明确的物理意义： (1)谱面上任一光点对应若物面上的一个空间频率成分。 (2)光点离谱面中心的距离，标志着物面上该频率成分的高低，离中心远的点代表物面上的高 频成分，反映物的细节部分。靠近中心的点，代表物面的低频成分，反映物的粗轮廓。中近代物理实验讲义 96 实验 14 阿贝成像与空间滤波 阿贝（E. Abbe）首先ᨀ出显微镜成像原理以及随后的阿贝—波特空间滤波实验，在傅里叶 光学早期发展史上做出重要的贡献。这些实验简单、形象，令人信服，对相干光成像的机理及 频谱分析和综合原理做出深刻的解释，同时这种用简单的模板作滤波的方法一直延续至今，在 图像处理技术中仍然有广泛的应用价值。 【实验目的】 1、 了解透镜的傅里叶变换性质，加深对空间频率、空间频谱和空间滤波等概念的理解； 2、 熟悉阿贝成像原理，从信息量的角度理解透镜孔径对分辨率的影响； 3、 完成一维空间滤波、二维空间滤波及高通空间滤波。 【实验原理】 1 阿贝成像原理 1873 年，德国人阿贝在研究显微镜设计方案时，ᨀ出了空间频率、空间频谱及二次衍射成像 的概念，并进行了相应的实验研究。他认为：在相干光照明下，显微镜的成像可分为两个步骤。 第一步是通过物的夫琅禾费衍射，在物镜后焦面上形成一个衍射图样，第二步是这些衍射图样发 出的子波相干涉，在像平面上相干迭加形成物的像，通过目镜可以观察到这个像。 图 14.1 阿贝成像原理示意图 图 14.1 是阿贝成像原理示意图，图中物 G 是正弦振幅透射光栅，成像的第一步是光栅的夫 琅禾费衍射。在 G 上取代表正弦光栅中的某些透光缝 A、B、C，由正弦光栅透出的所有方向的光 中，经计算知，只有三个方向的平行光是彼此相长地相干，会聚于焦平面 F 上，形成 f+1、f0 和 f- 1。第二步，把这些衍射图样 f+1、f0 和 f-1 看成是相干的子波源，这三列波在像平面 H 上相干迭加， 就得到正弦光栅的像。 按频谱分析理论，谱面上的每一点均具有以下四点明确的物理意义： （1） 谱面上任一光点对应着物面上的一个空间频率成分。 （2） 光点离谱面中心的距离，标志着物面上该频率成分的高低，离中心远的点代表物面上的高 频成分，反映物的细节部分。靠近中心的点，代表物面的低频成分，反映物的粗轮廓。中