调制法空间假色彩编码实验内容
实验2-1 白光密度假彩色编码实验
光信息专业实验指导材料（试用）实验2－1 白光密度假彩色编码实验[实验目的]1、掌握白光信息处理的理论基础；2、掌握位相调制假彩色编码原理和光学傅立叶变换原理，3、理解线性、非线性位相调制，假彩色编码解码，滤波等基本概念；4、学习并掌握假彩色编码仪的调节使用方法及感光板的后处理方法。
[实验原理]本实验采用线性位相调制技术实现白光密度假彩色编码，是将振幅型的黑白图像变成位相型编码片，即将密度分布转换成位相分布。
再通过白光信息处理，将位相分布转换成与彩色对应分布的图像输出。
由于输出图像的颜色并非原物体的真实颜色，所以称为假彩色编码。
位相调制假彩色编码分为编码（光栅调制、漂白处理）和解码两个过程，其原理如下：1、编码原理：当白光透过有灰度分布的黑白负片投射到银盐感光板上时，在感光板上产生与黑白负片相应的光密度（D）分布。
将已感光的底片显影、定影便得到与光密度有线性关系的振幅型底片，再经漂白处理，将振幅型底片转换成浮雕型位相底片，原来的光密度分布转换为浮雕厚度的分布。
如果在曝光的同时将振幅型高频光栅放置于黑白负片和银盐感光板之间，则曝光后得到的底片便成为被光栅调制的编码片，再经漂白处理后转换成位相型编码片。
这种位相型编码片的浮雕厚度将改变入射光波的位相，不同厚度的浮雕改变的位相不同，形成浮雕对光波的位相调制。
图1是上述处理过程的示意图，其中的低频信号代表黑白负片上图形的灰度分布，而调制光栅可视为一个高频载波。
图中的t表示振幅透过率函数，而d则表示浮雕厚度函数。
2、滤波解码：在二透镜空间滤波系统中，用平行光照射经光栅调制的位相型编码片，由于光栅的分光作用，在频谱面上形成一条彩色光谱带。
这个光谱携带了灰度被“染了色”的图像信息。
不同的浮雕厚度对不同波长的光产生不同的光程差，因此频谱面上各色光强不是均匀分布的，混合后的颜色就发生变化。
这样，只要在频谱面上用小孔滤波，经过成像透镜，就可以在输出[实验仪器]LB-1型假彩色编码曝光暗箱，曝光暗盒（含45 m m ×45 mm 的朗奇光栅和待彩色化的黑白负片），白光信息处理系统，天津Ⅰ型银盐干板（45 m m ×45 mm ），暗房用具，显影液、定影液、漂白液，电吹风，暗袋，可调狭缝，数码相机。
θ调制法空间假彩色编码实验
实验一θ调制法空间假彩色编码【实验目的】1．掌握θ调制法假彩色编码的原理．巩固和加深对光栅衍射基本理论的理解；2．掌握用θ调制法进行空间假彩色编码的方法，并作出相应的实验结果，加深对阿贝二次成像理论和空间频率滤波的理解，为今后学习其他假彩色编码方法打下基础。
3．了解用计算机胶片输出简单的二维θ调制片的制作原理。
【实验光路】图1-1【实验原理】Ө调法假彩色编码是阿贝二次衍射成像理论的一种巧妙的应用。
它是先用不同的光栅分别调制图像的不同部分，制成Ө调制片（或称光栅调制片），然后将其置于4f系统的输入面上，并用白光照明。
在频谱面上进行适当的空间滤波处理，便可在输出面上得到假彩色图像。
在一透镜前方放置一块栅线平行等距的光栅，当用一束单色平行光垂直照明时，在透镜的后焦面（即频谱面）上会形成光栅衍射的离散频谱点，其排列方向垂直于光栅栅线的方向。
如果有一个二维图像，其不同部位受到方向不同的光栅的调制，则频谱面上频谱点的分布也对应于不同的方向。
若挡住任一方向的频谱点，则与其对应的那部分图像就会消失。
可见，输入图像中的各个部分的频谱，只存在于调制光栅的频谱点附近，这显然是由于各部分图像频谱与其对应的调制光栅的频谱卷积的结果。
如果用白光光源照明Ө调制片，则在频谱面上得到色散的彩色谱斑。
每个彩色谱斑的颜色分布都是从外向内按照红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫的顺序变化。
这种现象是易于理解的，因为光栅衍射角的大小与入射角的波长有关。
红光的波长最长，故衍射角最大，分布在最外；而紫光的波长最短，故衍射角最小，分布在最里。
如果在频谱面上放置一个空间滤波器，让不同方位的谱斑通过不同的颜色，则在像面上可以得到彩色像。
由于这种方法是利用不同方位的光栅（彼此转动了θ角）对图像进行调制，因此称其为θ调制技术。
又因为它是将图像中不同空间部位编上不同的颜色，故又称空间假彩色编码。
θ调制空间假彩色编码就是通过θ调制的处理手段，“提取”白光中所包含的彩色，再“赋予”图像而形成的。
非线性位相调制假彩色编码实验
非线性位相调制假彩色编码实验一. 实验前预习实验目的:1.掌握4ƒ系统白光信息处理的理论基础;2.了解非线性位相调制假彩色编码的原理;初步了解线性,非线性,编码解码,滤波等概念.3.学习掌握透镜的同轴调节,平行光调节,调节焦平面观察光谱,调整滤波孔观察滤波效果.控制嚗光量,显影,定影,漂白等暗室技术.4.能熟练使用嚗光暗盒,显影罐,暗袋等暗室器材.参考书:张映辉“大学物理实验” 大连海事大学出版社LB-1型非线性位相调制假彩色编码实仪说明书大连海事大学物理系实验前应回答的问题:1.假彩色是怎样形成的?2.光栅的作用是什么?3.有效浮雕厚度是怎样形成的?如何控制?4.为什么必须漂白?怎样漂白?实验原理介绍:非线性位相调制假彩色编码原理利用乳胶的感光特性曲线（参看图1）将有灰度分布的黑白乳胶负片改变为假彩色片的原理是先用白光透过灰度负片使乳胶感光产生胶片上的光密度D，不同的灰度级产生不同的光密度如图所示。
再将感光的乳胶片显影，定影和漂白后得到与光密度有线性关系的浮雕，不同的光密度产生不同厚度的浮雕，即浮雕厚度d与光密度有下列关系d = β Dlog(E)浮雕厚度将改变入射光波的位相。
不同厚度的浮雕改变图1乳胶特性线的趾点和肩点的位相不同，形成浮雕对光波的位相调制。
由此，利用特性曲线上的趾点A或肩点B分别进行一次曝光。
对趾点，使全片按趾点曝光量作一次曝光，但暂不冲洗。
保留乳胶上的潜影，称为潜影胶片，保存备用。
对肩点，用光栅与胶片密接触作一次曝光，也作为潜影胶片，保留备用。
当将某一黑白负片进行假彩色化时，取出潜影胶片，将黑白负片与潜影胶片密接触。
若为趾点调制的潜影胶片时，在黑白负片上面还应压上光栅，使其不透光部分保护潜影不再受照曝光。
而对肩点调制的潜影胶片，则不必要用光栅。
二次曝光时，二者都按乳胶特性曲线的线性区进行曝光。
然后经过显影，定影和漂白制成浮雕。
潜影所产生的浮雕厚度与特性曲线上二次曝光所产生的浮雕厚度形成了浮雕厚度差，称为有效浮雕厚度，即Δd j = d - d j = βΔD j (2)j = a (趾点调制)；j = b (肩点调制)。
假彩色编码
T
fx, fy
e j2 e j1
a d
sinc
an
d
fx
n d
,
fy
e j1 f x , f y
其中零级谱（n＝０）为
T 0
fx, fy
e j2 e j1
a
d
fx, fy
e j1
tgn x3, y3 tg x3, y3 2 tg x3, y3
由于像tr 和tgn 分别来自光源中不同颜色的光谱带， 它们之间是非相干的，所以输出平面强度分布为
I x3, y3 r Ir x3, y3 g Ign x3, y3
输出像面上，绿色负像和红色正像重合，强度叠加 的结果是得到等密度的假彩色编码像． 原物中密度最小处呈现红色，密度最大处呈现绿色， 中间部分对应粉红、黄、浅绿等，密度相同的地方 颜色相同。
图像的相位调制假彩色编码
（１）用线光栅调制黑白输入图像，复制在一张底片上．
（２）漂白处理，使得透 明片上的光程差与密度变 化成线性关系．
l C D
相应的相位差为
2 l 2 C D
这样，图像的密度信息就转化为相位信息．
因为图像的密度变化频率远低于光栅频率，可
fx, fy
其中第n级谱为
T
fx, fy
e j2 e j1
a d
s in c
an
d
fx
n d
,
fy
Байду номын сангаас
如果频谱面上只让零级谱通过，则输出为
实验 6
实验 6 θ调制等空间假彩色编码【实验目的】1. 掌握θ调制等空间假彩色编码的原理。
2. 用简单的二维黑白图像作为输入，利用θ调制空间假彩色编码的方法得到彩色的输出像。
【实验原理】θ调制技术是阿贝成像原理的另一种应用，它将原始像变换成为按一定角度的光栅调制像，将该调制像置于4f 系统中用白光照明并进行适当的空间滤波处理，实现假彩色编码得到彩色的输出像。
下面分三步来讨论其原理。
F ' S -1 S -1 S 0C ' B ' A 'C BA物面(x, y)图14-1 阿贝成像原理示意图 频谱面 像面(x ', y ')1. 阿贝成像原理的启示：阿贝成像原理告诉我们，物是一系列不同空间频谱的光信息组合而成，而相干成像分两步完成：(如图14-1所示)第一步平行入射光经物平面(x, y)发生夫琅和费衍射，在透镜的后焦面(F)上形成一系列衍射斑(即物的频谱)，这一步称为“分频”。
第二步是干涉合成，即各衍射斑发出的球面波在像平面上相干叠加，像就是像平面的干涉场，这一步称为“合频”。
这就给我们一个启示，任何一个物都具有与之对应的确定的空间频谱，可以通过改造频谱的手段来改造物信息，得到预先设计的输出像。
这一点用各种空间滤波器在频谱面上滤波是很容易的，本实验这一部分可用实用的傅里叶变换光路来实现。
2. 用光栅来调制二维图像进行编码拍照。
在一透镜的前方放置一矩形光栅，当用一单色平面波垂直照射光栅时，在透镜的后焦面(即频谱面)上形成光栅衍射的离散频谱点，其排列方向垂直光栅线的方向(如图14-2所示)。
设计一个二维图像，该图像由A 、B 、C 三个部分组成，在马赫-曾得干涉光路中把A 、B 、C 三部分图案制成三个不同方向的光栅，则谱面上的离散频谱点也有对应的三个方向。
这样二维图像就受到不同方向光栅的调制，完成编码拍照的过程(如图14-3所示)，获得了一块θ调制板。
3. 空间滤波实现等空间假彩色编码，得到彩色的输出像。
θ调制与伪彩色编码实验
实训报告题目：θ调制与伪彩色编码实验θ调制与伪彩色编码实验实验目的1.掌握用θ调制法进行空间假彩色编码的方法，并做出相应的实验结果，加深对阿贝二次成像理论和空间频率滤波的理解，为今后学习其他假彩色编码方法打下基础。
2.掌握θ调制法假彩色编码的原理．巩固和加深对光栅衍射基本理论的理解；3.巩固和加深对光栅衍射基本理论的理解；获得假彩色编码图像。
实验原理Ө调法假彩色编码是阿贝二次衍射成像理论的一种巧妙的应用。
它是先用不同的光栅分别调制图像的不同部分，制成Ө调制片（或称光栅调制片），然后将其置于4f系统的输入面上，并用白光照明。
在频谱面上进行适当的空间滤波处理，便可在输出面上得到假彩色图像。
对于一幅图像的不同区域分别用取向不同(方位角θ不同)的光栅预先进行调制，经多次曝光和显影、定影等处理后制成透明胶片，并将其放人光学信息处理系统中的输入面，用白光照明，则在其频谱面上，不同方位的频谱均呈彩虹颜色。
如果在频谱面上开一些小孔，则在不同的方位角上，小孔可选取不同颜色的谱，最后在信息处理系统的输出面上便得到所需的彩色图像。
由于这种编码方法是利用不同方位的光栅对图像不同空间部位进行调制来实现的，故称为θ调制空间假彩色编码。
具体编码过程如下：物的样品如图1所示。
若要使其中草地、天安门和天空3个区域呈现3种不同的颜色，则可在同一胶片上曝光3次，每次只曝光其中一个区域(其他区域被挡住)，并在其上覆盖某取向的光栅，3次曝光分别取3个不同取向的光栅，如图中线条所示。
将这样获得的调制片经显影、定影处理后，置于光学信息处理的输入平面。
用白光平行光照明，并进行适当的空间滤波处理。
图1 被调制物示意图由于物被不同取向的光栅所调制，所以在频谱面上得到的将是取向不同的带状谱(均与其光栅栅线垂直)，物的3个不同区域的信息分布在3个不同的方向上，互不干扰，当用白光照明时，各级频谱呈现出的是色散的彩带，由中心向外按波长从短到长的顺序排列。
θ调制与伪彩色编码实验
θ调制与伪彩⾊编码实验实训报告题⽬：θ调制与伪彩⾊编码实验θ调制与伪彩⾊编码实验实验⽬的1.掌握⽤θ调制法进⾏空间假彩⾊编码的⽅法，并做出相应的实验结果，加深对阿贝⼆次成像理论和空间频率滤波的理解，为今后学习其他假彩⾊编码⽅法打下基础。
2.掌握θ调制法假彩⾊编码的原理．巩固和加深对光栅衍射基本理论的理解；3.巩固和加深对光栅衍射基本理论的理解；获得假彩⾊编码图像。
实验原理调法假彩⾊编码是阿贝⼆次衍射成像理论的⼀种巧妙的应⽤。
它是先⽤不同的光栅分别调制图像的不同部分，制成?调制⽚（或称光栅调制⽚），然后将其置于4f系统的输⼊⾯上，并⽤⽩光照明。
在频谱⾯上进⾏适当的空间滤波处理，便可在输出⾯上得到假彩⾊图像。
对于⼀幅图像的不同区域分别⽤取向不同(⽅位⾓θ不同)的光栅预先进⾏调制，经多次曝光和显影、定影等处理后制成透明胶⽚，并将其放⼈光学信息处理系统中的输⼊⾯，⽤⽩光照明，则在其频谱⾯上，不同⽅位的频谱均呈彩虹颜⾊。
如果在频谱⾯上开⼀些⼩孔，则在不同的⽅位⾓上，⼩孔可选取不同颜⾊的谱，最后在信息处理系统的输出⾯上便得到所需的彩⾊图像。
由于这种编码⽅法是利⽤不同⽅位的光栅对图像不同空间部位进⾏调制来实现的，故称为θ调制空间假彩⾊编码。
具体编码过程如下：物的样品如图1所⽰。
若要使其中草地、天安门和天空3个区域呈现3种不同的颜⾊，则可在同⼀胶⽚上曝光3次，每次只曝光其中⼀个区域(其他区域被挡住)，并在其上覆盖某取向的光栅，3次曝光分别取3个不同取向的光栅，如图中线条所⽰。
将这样获得的调制⽚经显影、定影处理后，置于光学信息处理的输⼊平⾯。
⽤⽩光平⾏光照明，并进⾏适当的空间滤波处理。
图1 被调制物⽰意图由于物被不同取向的光栅所调制，所以在频谱⾯上得到的将是取向不同的带状谱(均与其光栅栅线垂直)，物的3个不同区域的信息分布在3个不同的⽅向上，互不⼲扰，当⽤⽩光照明时，各级频谱呈现出的是⾊散的彩带，由中⼼向外按波长从短到长的顺序排列。
空间光调制实验报告
一、实验目的1. 理解空间光调制的基本原理和过程。
2. 掌握空间光调制器（SLM）的基本操作和调节方法。
3. 分析不同调制模式下的光信号特性。
4. 探讨空间光调制在光学通信和成像中的应用。
二、实验原理空间光调制是一种利用光束的空间分布来调制信息的技术。
它通过改变光束的空间相位、振幅或偏振态，实现信息的传输和加工。
空间光调制器（SLM）是实现空间光调制的关键元件，它可以将电信号转换为光信号的空间分布。
本实验中，我们使用了一种基于液晶的SLM，其原理是利用液晶分子的取向变化来调制光束的偏振态。
当电场作用于液晶时，液晶分子会按照电场方向排列，从而改变光束的偏振态，实现空间光调制。
三、实验仪器与设备1. 光源：He-Ne激光器2. SLM：液晶空间光调制器3. 放大器：透镜组4. 光功率计5. 光谱分析仪6. 数据采集卡7. 计算机四、实验步骤1. 搭建实验系统：将He-Ne激光器输出光束通过SLM，然后经过放大器聚焦到检测器上。
2. 调节SLM：调整SLM的偏振片和相位板，观察检测器上的光信号变化，直到达到预期效果。
3. 调制模式实验：a. 振幅调制：使用数据采集卡将数字信号输入SLM，观察检测器上的光强变化，分析振幅调制特性。
b. 相位调制：调整SLM的相位板，观察检测器上的光强和相位变化，分析相位调制特性。
c. 偏振调制：调整SLM的偏振片，观察检测器上的光强和偏振态变化，分析偏振调制特性。
4. 实验数据记录与分析：记录不同调制模式下的实验数据，分析光信号特性，并与理论值进行对比。
五、实验结果与分析1. 振幅调制：实验结果表明，振幅调制可以实现光强的线性变化，调制深度与输入信号幅度成正比。
2. 相位调制：实验结果表明，相位调制可以实现光强的周期性变化，调制深度与输入信号相位差成正比。
3. 偏振调制：实验结果表明，偏振调制可以实现光强和偏振态的周期性变化，调制深度与输入信号偏振态差成正比。
六、实验结论1. 空间光调制是一种有效的信息传输和加工技术，具有调制速度快、抗干扰能力强等优点。
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θ调制法空间假色彩编码实验内容
一、θ调制片（光栅物片）的制作
1.在全息台上布置一套马赫-曾德干涉仪，具体光路参照第一版第三册49页图1.3.2-5
详细操作说明请看实验室说明板.
我们选用的母板图案是一束花，包括花瓣、茎和盆、叶三部分。
实验用的是将这三部分分别镂空在三张铝片上，实验时将这三张铝片分别与母板组合，第一次只让花瓣透光，第二次只让茎和盆透光，第三次只让叶透光。
2. 将全息干板和母板夹紧,把三张三部分镂空的铝片分别放在干板前,进行三次曝光,三者之
60.具体是第一次仅让花瓣曝光,位置水平;然后取下第一张铝片,换上第二张铝片,间相互成0
60,让茎和盆曝光.同理换上第三张,恢复按顺时针方向将干板与母板连同第二张铝片旋转0
60,方法同上. 注意每次曝光时干板、母板及镂空的铝片和图案不能水平位置后逆时针旋转0
相对移动,否则整个图案将组合不起来.经过上述三次曝光操作后, (曝光时间由老师推荐给出)
60的光栅物片.
再经显影定影处理后就得到一张取向各差0
3.为了测量平行光束的夹角,需测量相关的数据(具体测量方法自定，并在实验报告中清晰地给出).
思考题
1.实验中如何保证两束相干平行光能量相等,并在相同区域重合?
2.如果我们要拍摄每毫米100线的光栅,那么入射到干板上的两束平行光之间的夹角约在几度?
二、空间滤波,观察、测量假彩色图像
1.观察自己制作的光栅和实验室提供的光栅的相同点和不同点, 在有氦氖激光器的导轨上测量自己制作的光栅和实验室提供的光栅的光栅常数.
2.在带有白光光源的导轨上,把全部光学元件按顺序摆放在导轨上,靠拢后调至共轴.
3.将光源S放于准直镜L1的物方焦距F1处,并使从L1出射的平行光垂直地照射在θ调制板上.
4.在调制板后放置傅立叶透镜和光屏,调节傅立叶透镜和光屏的相对位置,使θ调制板的图像清晰的成在光屏上.
5.在傅立叶频谱面上分别在一级衍射图中扎孔；让相应于草地的一级衍射图上的绿光能通过频谱面成像于光屏上,用同样的方法,使红色的天安门图案、蓝色的天空图案也能通过频谱面成像于光屏上.让老师验收、记录.
6.将自制的光栅按上述方法调节出彩色图案. 让老师验收、记录,由老师去掉一个角后可带回. 思考题
1.测量和计算在频谱面上一级衍射图中的宽度（红色到蓝紫色的两点距离）.
2.设计一个四种颜色的θ物片.
3.如何对任意物体进行假彩色的拍摄和再现.。