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空间滤波和光信息处理实验
实验十一 空间滤波和光信息处理空间滤波指在光学系统的傅里叶频谱面上放置适当的滤波器，以改变光波的频谱结构，使得像达到预期要求。
在此基础上，发展了光学信息处理技术，利用光学手段，对输入信息（包括图像、光波频率和振幅）实施运算或变换，以便对相关信息进行提取、编码、存储、增强、识别和恢复。
早在1873年，德国人阿贝（E. Abbe,1840~1905）在蔡司光学公司任职期间研究如何提高显微镜的分辨本领时，首次提出了二次衍射成像的理论。
阿贝和波特（A.B. Porter ）分别于1893年和1906年以一系列实验证实了这一理论,说明了成像质量与系统传递的空间频谱之间的关系。
1935年，泽尼可（Zernike ）提出了相衬显微镜的原理，将物光的位相分布转化为光强分布，并用光学方法实现图像处理。
这些早期的理论和实验其本质上都是一种空间滤波技术，是傅里叶光学的萌芽，为近代光学信息处理提供了深刻的启示。
但由于它属于相干光学的范畴，在激光出现以前很难将它在实际中推广使用。
随着激光器、光电技术和全息技术的发展，它才重新振兴起来，其相应的基础理论——“傅里叶光学”形成了一个新的光学分支。
目前，光学信息处理在信息存储、遥感、医疗、产品质量检测等方面得到了广泛应用。
一、实验目的1．了解傅里叶光学基本理论的物理意义，加深对光学空间频率、空间频谱和空间频率滤波等概念的理解。
2．掌握方向、低通、高通滤波技术，观察滤波效果，加深对光信息处理本质的认识。
3．理解θ调制法假彩色编码原理，掌握光栅衍射基本理论。
二、实验仪器He-Ne 激光器、激光器架（或光源二维调节架）、导轨、扩束器、光栅、平面镜、透镜架、二维调节架、凸透镜焦距150、190、225 mm 各一个、旋臂架、毛玻璃屏、交叉光栅（二维光栅）、干版架、频谱滤波器、滤波器组（方向、低通、高通、零级、小孔）、网格字、白光源、θ调制板、纸板架、白纸板和大头针。
三、实验原理1. 阿贝成像原理设有一个空间二维函数),(y x g ，其二维傅里叶变换为[](,)(,)exp 2()G g x y i x y dxdy ξηπξη∞∞=-+⎰⎰-∞-∞(1)式中ηξ,分别为x,y 方向的空间频率，而),(y x g 则为),(ηξG 的傅里叶逆变换，即[](,)(,)exp 2()g x y G i x y d d ξηπξηξη∞∞=+⎰⎰-∞-∞(2) 式（2）表示，任意一个空间函数),(y x g 可表示为无穷多个基元函数[]exp 2()i x y πξη+的线性迭加，),(ηξG 是相应于空间频率为ηξ,的基元函数的权重，),(ηξG 称为),(y x g 的空间频谱。
基于静电传感器空间滤波效应的颗粒速度测量
中图 分 类 号 ：Ｔ ３ Ｂ ９４ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文章 编 号 ：０ ３ — １ ５ （ ０ ７ Ｏ —０ ６ —０ ４８ １７ ２ ０ ） １ ０ ７ ８
Ｓ ｌｄ ｐａ ｔｃ ｅ ｖ ｌ ｃ ｔ ｅ ｓ ｒ ｍ ｅ ｔ ｂ ｓ ｄ ｏ ｐ ｔａ ｉｔ ｒ ｎ ｏ ｉ ｒ ｉ ｌ ｅ ｏ ｉｙ ｍ ａ ｕ ｅ ｎ ａ ｅ ｎ ｓ ａ ｉ ｌｆｌｅ ｉ ｇ ｅ ｆ ｃ ｆ ｅ ｅ ｔ ｏ ｙ ｍ ｉ ｅ ｓ ｒ ｆ ｅ ｔｏ ｌｃ ｒ ｄ ｎａ ｃ ｓ ｎ ｏ
ｐ ｒｉ ｌ ｉｅ ｐ ｒ ｉｌ ｙ ｅ ａ ｄ ｆ ｅ ｕ ｎ ｙ ｒ ｓ ｌ ｔｏ ｎ ｔ ｅ ｍｅ ｓ ｒ ｍｅ ｔ ｏ ａ ｔ ｌｓ ｍｅ ｎ ｖ ｌ ｃ ｔ ｒ ａ ｔ ｅ ｓｚ ， ａ ｔｃｅ ｔ ｐ ｎ ｒ ｑ ｅ ｃ ｅ ｏ ｕ ｉ ｎ ｏ ｈ ａ ｕ ｅ ｎ ｆ ｐ ｒ ｉ ｅ ａ ｅｏ ｉｙ ｗｅ ｅ ｃ ｃ ａ ｓ ｎ ｅ ｔｇ ｔ ｄ Ｏｆ ｌ ｅｅ ｐ ｒｍｅ ｔ ｌ ｅ ｕ ｔ ｎ ａ ｇ ａ ｉｙ ｆ ｄ ｐ ｒ ｉｌ ｓｆｏ ａ ｐ ｒ ｔ ｓｗｅ ｅ ｐ ｅ ｅ ｔ ｄ Ｔｈ ｌ ｏ ｉ ｖ ｓ ｉ ａ ｅ ． ｆ ｉ ｘ ｅ ｉ ｎ ａ ｓ ｌ ｉ ｒ ｖ ｔ － ｅ ａ ｔｃｅ ｌ ｗ ｐ ａ ａ ｕ ｒ ｒ ｓ ｎ ｅ ． ｅ －ｎ ｒ ｓ
摘 要 ：颗 粒 的流 动 速 度 是 反 应 气 固两 相 流 流 动 状 况 的 一 个 重 要 参 数 。介 绍 了静 电传 感 器 的 空 间 滤 波 特 性 ，推 导
了 颗粒 流 动速 度 与静 电传 感 器 输 出信 号 频 率 特 性 之 间 的 关 系 。在 此 基 础 上 ，提 出 了一 种 基 于 静 电 传 感 器 空 间 滤 波效 应 的颗 粒 平 均 速 度 测 量 方 法 ，并 分 析 了 静 电 传 感 器 结 构 参 数 、 颗 粒 截 面 分 布 、颗 粒 速 度 分 布 、颗 粒 尺 寸 、
阿贝成像原理和空间滤波
阿贝成像原理和空间滤波汇报人：2023-12-14•阿贝成像原理概述•阿贝成像原理基本原理•空间滤波技术介绍目录•阿贝成像原理与空间滤波技术结合应用•阿贝成像原理与空间滤波技术未来发展趋势预测01阿贝成像原理概述阿贝成像原理是德国物理学家恩斯特·阿贝提出的一种光学成像原理，其核心思想是通过空间滤波器对物体进行空间频率分解，从而获得物体的清晰成像。
阿贝成像原理将物体看作是由无数个点组成的，这些点在空间中以不同的频率分布。
通过使用空间滤波器，我们可以将物体中不同频率的点进行分离，从而获得清晰成像。
阿贝成像原理定义19世纪末，阿贝在研究显微镜成像时提出了阿贝成像原理。
20世纪初，阿贝成像原理被广泛应用于光学仪器设计，如显微镜、望远镜等。
20世纪中叶，随着计算机技术的发展，阿贝成像原理被应用于计算机视觉领域，形成了计算机视觉理论的基础。
阿贝成像原理被广泛应用于光学仪器设计，如显微镜、望远镜等，以提高成像质量。
光学仪器设计阿贝成像原理是计算机视觉理论的基础，被广泛应用于图像处理、模式识别等领域。
计算机视觉阿贝成像原理在医学影像领域也有广泛应用，如X光、CT等医学影像设备的成像原理都与阿贝成像原理密切相关。
医学影像02阿贝成像原理基本原理光学成像系统组成提供足够的光能量，以照亮目标物体。
由多个透镜组成，负责将目标物体的光线进行汇聚和成像。
被观察或成像的物体或场景。
通常是一个平面，用于接收通过透镜组汇聚的光线，形成可观察的图像。
光源透镜组物体成像面光线从光源发出，经过透镜组汇聚，最后在成像面上形成图像。
光线路径通过调整透镜组的角度和位置，可以改变汇聚的光线路径，从而调整图像的大小、形状和清晰度。
成像效果光学成像系统工作原理描述光学成像系统对横向和纵向分辨率的权衡关系。
阿贝数瑞利判据奈奎斯特采样定理基于衍射极限的判据，用于评估光学成像系统的性能。
在数字信号处理中使用的定理，描述了采样频率与信号带宽之间的关系。
阿贝成像原理和空间滤波实验报告
阿贝成像原理和空间滤波实验报告阿贝成像原理和空间滤波实验报告引言：阿贝成像原理是一种常用于光学显微镜的成像原理，它通过对样本的光学信息进行收集和处理，使我们能够观察到微小的细胞结构和微生物。
而空间滤波则是一种用于图像处理的技术，通过对图像的频谱进行调整，可以改善图像的质量和细节。
实验目的：本实验旨在通过阿贝成像原理和空间滤波技术，对显微镜下的样本进行观察和图像处理，以提高图像的清晰度和对细节的分辨。
实验器材：1. 光学显微镜：用于观察样本。
2. 样本：可选择植物组织或昆虫标本等。
3. 数字相机：用于拍摄显微镜下的图像。
4. 图像处理软件：用于对图像进行空间滤波处理。
实验步骤：1. 准备样本：选择一片植物组织或昆虫标本，将其放置在显微镜的载物台上。
2. 调整显微镜：使用显微镜的目镜和物镜，调整焦距和放大倍数，以获得清晰的图像。
3. 观察样本：通过显微镜的目镜观察样本，调整物镜的焦距和位置，以获得最佳的观察效果。
4. 拍摄图像：将数字相机与显微镜相连，通过相机拍摄显微镜下的图像，保存为数字图像文件。
5. 图像处理：将保存的数字图像文件导入图像处理软件中，使用空间滤波技术对图像进行处理，以提高图像的质量和细节。
6. 比较结果：将处理后的图像与原始图像进行比较，观察处理效果的差异。
实验结果：经过空间滤波处理后，图像的清晰度和细节得到了明显的改善。
原始图像中模糊的细胞结构和微生物轮廓变得更加清晰可见，细胞核和细胞器的形状和位置也更加明确。
此外，空间滤波还能够去除图像中的噪声和干扰，使得图像的背景更加干净和均匀。
讨论与分析：阿贝成像原理和空间滤波技术的应用使得显微镜成像的质量得到了显著提高。
阿贝成像原理通过改变物镜的焦距和位置，使得样本的光学信息能够被有效地收集和放大，从而获得清晰的图像。
而空间滤波技术则通过调整图像的频谱，去除噪声和干扰，提高图像的质量和细节。
这两种技术的结合应用，使得我们能够更好地观察和研究微小的细胞结构和微生物。
空间域滤波和频率域处理的特点
空间域滤波和频率域处理的特点1.引言空间域滤波和频率域处理是数字图像处理中常用的两种图像增强技术。
它们通过对图像进行数学变换和滤波操作来改善图像质量。
本文将介绍空间域滤波和频率域处理的特点，并比较它们之间的异同。
2.空间域滤波空间域滤波是一种直接在空间域内对图像像素进行处理的方法。
它基于图像的局部像素值来进行滤波操作，常见的空间域滤波器包括均值滤波器、中值滤波器和高斯滤波器等。
2.1均值滤波器均值滤波器是最简单的空间域滤波器之一。
它通过计算像素周围邻域的平均值来实现滤波操作。
均值滤波器能够有效地去除图像中的噪声，但对图像细节和边缘保留较差。
2.2中值滤波器中值滤波器是一种非线性的空间域滤波器。
它通过计算像素周围邻域的中值来实现滤波操作。
中值滤波器能够在去除噪声的同时保持图像细节和边缘，对于椒盐噪声有较好的效果。
2.3高斯滤波器高斯滤波器是一种线性的空间域滤波器。
它通过对像素周围邻域进行加权平均来实现滤波操作。
高斯滤波器能够平滑图像并保留图像细节，它的滤波核可以通过调整方差来控制滤波效果。
3.频率域处理频率域处理是一种将图像从空间域转换到频率域进行处理的方法。
它通过对图像进行傅里叶变换或小波变换等操作，将图像表示为频率分量的集合，然后对频率分量进行处理。
3.1傅里叶变换傅里叶变换是一种将信号从时域转换到频域的数学变换。
在图像处理中，可以应用二维傅里叶变换将图像从空间域转换到频率域。
在频率域中，图像的低频分量对应于图像的整体结构，高频分量对应于图像的细节和边缘。
3.2小波变换小波变换是一种基于小波函数的时频分析方法。
它能够在频率和时间上同时提供图像的信息，对于图像的边缘和纹理特征有较好的表达能力。
小波变换在图像压缩和特征提取等方面具有广泛应用。
4.空间域滤波与频率域处理的对比空间域滤波和频率域处理都可以用来改善图像质量，但它们有着不同的特点和适用场景。
4.1处理方式空间域滤波是直接对图像像素进行处理，操作简单直接，适用于小规模图像的处理。
滤波器测试指标
滤波器测试指标滤波器是一种常用的信号处理工具，用于改变信号的频率特性。
在现实生活中，滤波器广泛应用于音频处理、图像处理、通信系统等领域。
为了确保滤波器的性能和效果，需要进行滤波器测试，并根据一些指标来评估其性能。
本文将介绍一些常见的滤波器测试指标。
1. 频率响应频率响应是衡量滤波器性能的重要指标之一。
它描述了滤波器对不同频率信号的响应情况。
一般来说，滤波器应该能够在感兴趣的频率范围内对信号进行衰减或增强，而在其他频率范围内保持较低的响应。
通过绘制滤波器的频率响应曲线，可以直观地了解滤波器的频率特性。
2. 幅频响应幅频响应是频率响应的一种表示形式，它描述了滤波器在不同频率下的增益或衰减情况。
通过绘制幅频响应曲线，可以清楚地观察到滤波器在不同频率下的增益或衰减情况。
一般来说，滤波器应在感兴趣的频率范围内具有较高的增益或较低的衰减，而在其他频率范围内具有较低的增益或较高的衰减。
3. 相频响应相频响应描述了滤波器对输入信号的相位变化情况。
滤波器的相频响应通常在频率响应曲线的基础上进行绘制。
相频响应的曲线可以显示滤波器对不同频率下信号相位的变化情况。
相位变化对于某些应用非常重要，如音频处理和通信系统。
4. 群延迟群延迟是指滤波器对不同频率下信号的传输延迟。
滤波器的群延迟可以通过测量滤波器的相频响应来计算。
群延迟是一个与频率有关的指标，它描述了滤波器对不同频率下信号的传输延迟的变化情况。
在某些应用中，如音频处理和通信系统，群延迟对于保持信号的时域特性非常重要。
5. 阻带衰减阻带衰减是描述滤波器在阻带内对信号的衰减程度。
一般来说，滤波器在阻带内应该具有较高的衰减，以确保不希望的频率成分被过滤掉。
阻带衰减通常以分贝为单位进行表示，分贝数值越大，衰减越明显。
6. 过渡带宽过渡带宽是指频率响应曲线中从通带到阻带之间的频率范围。
过渡带宽越小，滤波器的频率特性转换越快，滤波器的性能越好。
过渡带宽也是衡量滤波器性能的重要指标之一。
空间滤波测速原理
超时空穿梭：空间滤波测速原理空间滤波测速，让你穿越时间与空间，看到未来不再是遥远的梦想。
这项技术利用了物理学中的多种原理和方法，让我们能够测量和分析任意物体的速度和运动状态，开创了机械、航空、汽车等领域的新局面。
那么，究竟是什么原理让空间滤波测速成为现实呢？首先，空间滤波测速的基本原理是通过红移和蓝移来测量物体的运动速度。
具体来说，这个原理是依据多普勒效应而提出的。
当物体以一定速度相对于观测者运动时，它所发出的光线波长会变化。
如果物体向我们运动，则波长会变短，对应的颜色是蓝色；如果物体远离我们，则波长会变长，对应的颜色是红色。
因此，我们可以通过分析物体的光谱线来推断它们的速度。
除了多普勒效应，空间滤波测速还利用了滤波器来分离出物体的光谱线，然后通过光学传感技术来测量它们的位置和速度。
这种技术主要依赖于频率选择性滤波器（frequency selective filter，FSF），它可以允许特定波长的光线通过，而将其他波长的光线过滤掉。
因此，我们可以通过调整滤波器的频率来选择所需的光线，从而得到物体的光谱线信息。
最后，在分析物体的光谱线之前，我们还需要消除它们的噪声和背景干扰。
这里，空间滤波测速采用了像素标准化技术和点扩散函数（PSF）修正技术。
前者是通过对图像像素进行标准化处理来消除噪声和背景干扰；而后者则是通过对光学系统进行校正来修正模糊和辐射漏斗等问题。
这些技术的有效应用，使得空间滤波测速不仅可以测速，还可以测量物体的大小、形状和光学性质等多种参数。
综上所述，空间滤波测速是一项非常复杂和先进的技术，它利用了物理、光学、电子等多个领域的知识和技术。
通过对物体的光谱线进行分析，我们可以获取它们的速度和状态信息，从而更好地掌握和应用这些物体。
虽然还有很多技术难点和挑战需要解决，但空间滤波测速的未来发展前景无疑是非常广阔的。
滤波器的测试指标
滤波器的测试指标1.频率响应：滤波器的频率响应是指滤波器对不同频率信号的传递特性。
常见的频率响应测试指标包括截止频率、通带衰减、阻带衰减等。
截止频率是指滤波器开始对输入信号进行滤波的频率点，通常用3dB衰减的截止频率表示；通带衰减指的是在通带频率范围内，滤波器输出信号的幅度与输入信号幅度之间的差异；阻带衰减是指在阻带频率范围内，滤波器输出信号的幅度与输入信号幅度之间的差异。
2.相移：滤波器的相移是指滤波器对不同频率信号的相位延迟。
相移可以导致滤波后信号的时间偏移，对于一些实时性要求较高的应用，相移的大小需要控制在一定范围内。
3.滤波器类型：测试滤波器类型的指标包括带通、带阻、低通和高通等。
这些指标描述了滤波器对于不同频率信号的传递特性。
4.阻带纹波：滤波器的阻带纹波是指在阻带频率范围内，滤波器输出信号幅度的波动情况。
阻带纹波越小，滤波器的准确性越高。
5.相位响应：相位响应描述了滤波器对不同频率信号的相位变化。
相位响应需要控制在一定范围内，以避免引起信号的相位失真。
6.噪声：滤波器的噪声是指滤波器在信号传递过程中引入的额外噪声。
噪声应尽量低，以保证滤波器对信号的准确度。
7.稳定性：滤波器的稳定性是指滤波器对输入信号的响应是否稳定。
稳定性测试指标包括有界输入稳定性和有界输出稳定性。
有界输入稳定性指的是当输入信号有界时，输出信号也是有界的；有界输出稳定性指的是当输入信号为0时，输出信号也为0。
8.精度：滤波器的精度是指滤波器输出信号与输入信号之间的误差。
通常使用均方误差（MSE）和峰值信噪比（PSNR）等指标来评估滤波器的精度。
9.鲁棒性：滤波器的鲁棒性是指滤波器对输入信号的变化和噪声的敏感程度。
鲁棒性越高，滤波器对于输入信号变化的适应性越好。
总之，滤波器的测试指标包括频率响应、相移、滤波器类型、阻带纹波、相位响应、噪声、稳定性、精度和鲁棒性等方面，这些指标可以用于评估滤波器的性能和准确度。
滤波器的选择和测试需根据具体应用场景和需求来确定。
阿贝成像与空间滤波实验报告
阿贝成像与空间滤波实验报告阿贝成像与空间滤波实验报告引言阿贝成像与空间滤波是光学影像处理中常用的技术手段。
本实验旨在通过实际操作，深入了解阿贝成像原理以及空间滤波的应用。
本文将从实验准备、实验步骤、实验结果和讨论四个方面进行详细阐述。
实验准备在进行实验之前，我们首先需要准备以下设备和材料：1. 阿贝成像实验装置：包括光源、凸透镜、物体、屏幕等。
2. 计算机：用于图像处理和数据分析。
3. MATLAB软件：用于图像处理算法的编写和运行。
实验步骤1. 将光源置于一定距离内，确保光线均匀照射到凸透镜上。
2. 调整凸透镜与物体之间的距离，使得物体清晰地投影在屏幕上。
3. 使用摄像设备拍摄屏幕上的图像，并将其传输到计算机中。
4. 在MATLAB中导入图像，进行图像预处理，包括去噪、增强等操作。
5. 根据阿贝成像原理，编写算法实现对图像的重建和滤波处理。
6. 运行算法，得到重建后的图像，并进行后续的分析和评估。
实验结果经过实验操作和图像处理，我们得到了以下结果：1. 阿贝成像重建效果：通过阿贝成像原理，我们成功地将物体的投影重建出来，保持了原始物体的形状和轮廓。
重建图像清晰度较高，能够准确地表达物体的细节。
2. 空间滤波效果：在对重建图像进行空间滤波处理后，我们观察到图像的某些频率成分被抑制或增强，从而改变了图像的视觉效果。
不同的滤波算法可以实现不同的效果，例如低通滤波可以平滑图像，高通滤波可以提取边缘信息。
讨论1. 阿贝成像原理的应用：阿贝成像原理在光学影像处理中具有广泛的应用。
通过阿贝成像，我们可以实现对物体的投影重建，为后续的图像处理和分析提供基础。
在实际应用中，阿贝成像常被用于医学影像、遥感图像等领域。
2. 空间滤波的优化：空间滤波作为一种常用的图像处理技术，其效果受到滤波算法和参数的影响。
在实验中，我们可以通过调整滤波算法和参数，进一步优化图像的视觉效果。
此外，空间滤波还可以与其他图像处理技术相结合，实现更加复杂的图像处理任务。
滤波器测试指标
阻带衰减是指滤波器对不需要的频率成分的衰减能力。阻带衰减的测试指标主要包括阻带衰减系数、阻带带宽等。阻带衰减系数是指滤波器在阻带内对信号的衰减程度。阻带带宽是指滤波器在阻带内的频率范围。
滤波器的测试指标包括频率响应、幅频特性、相频特性和阻带衰减。通过对这些指标的测试，可以评估滤波器的性能表现，从而选择合适的滤波器应用于具体的信号处理任务中。在实际应用中，需要根据具体需求和信号特点选择合适的滤波器，并对其进行测试和验证，以确保其性能符合要求。
滤波器测试指标
滤波器是信号处理中常用的一种工具，用于对信号进行滤波处理，以滤除不需要的频率成分或增强特定频率成分。滤波器的测试指标是评估其性能表现的标准，包括滤波器的频率响应、幅频特性、相频特性、群延迟、阻带衰减等。
一、频率响应
频率响应是指滤波器对不同频率信号的响应能力。滤波器的频率响应通常以幅频特性和相频特性来描述。幅频特性是指滤波器对不同频率信号的幅度衰减或增益程度。相频特性是指滤波器对不同频率信号的相位变化情况。频率响应的测试指标主要包括通频带、截止频率、衰减系数等。
二、幅频特性
幅频特性是指滤波器对不同频率信号的幅度衰减或增益程度。幅频特性的测试指标主要包括通频带、增益平坦度、通频带波动等。通频带是指滤波器能够有效传递信号的频率范围。增益平坦度是指滤波器在通频带内的增益变化情况。通频带波动是指滤波器在通频带内的增益在频率信号的相位变化情况。相频特性的测试指标主要包括群延迟、相位线性度等。群延迟是指滤波器对不同频率信号的延迟时间。相位线性度是指滤波器对不同频率信号的相位变化是否线性。
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应用空间滤波技术测试速度
李平马宝明陈文艺
（山东大学光学系 250100 中国）摘要：空间滤波法是一种有效的光学技术测量速度的方法。
本文做了简要的介绍。
我们将证明理论分析和计算空间滤波测速，并讨论二维速度的测量。
我们使用一个A/D转换接口和微型计算机，进行数据的处理。
因此，数据处理可以通过微机自动处理。
初步进行的实验及实验结果表明，在测量速度方面现用的这种方法是可行的。
关键词：测量，空间滤波，速度
1 介绍
众所周知，相对于以前其他传统方法，光学测量速度有非常重要的优势，如非接触和非干扰的处理。
在这方面，激光测速是一种非常有效的测量方法，并且在测量气体，液体，固体表面时是一种有效的提高采收率的方法。
它的测量速度分量沿观察方向。
它也可以用于户外实验，包括空中和空间激光雷达。
然而，近年来用空间滤波来测量速度已经被提出和研究。
结果表明，这种方法可以测量当地流体的瞬时速度，而且测量物质不会干扰它们的运动。
特别是，空间滤波方法有几个实用的结构，如简单稳定光学机械系统和容易选择光源。
透射光栅测速仪是一种利用空间频率来测量速度的技术，它的测量速度的分量是横向方向。
在这种技术中，时间频率的检测信号可以通过放置透射光栅在图像平面获得，这种信号是直接与速度成正比的对象。
在本文中，我们将证明理论分析和计算空间滤波测速，并讨论二维测量速度。
Ritonga和Ushizake试验了利用二维旋转光栅方法测量尺寸速度的可能性。
结果表明，透射光栅方法是有效测量二维速度的方法。
2原理
空间滤波测速仪的基本操作是观察一个移动物体通过一组平行缝如透射光栅时的光学图像。
通过平行狭缝，它们作为一种狭隘的带通滤波器，可以从移动图
像中显示出特定的空间频率。
图1所示就是利用透射光栅测量速度。
O-物体 I-图像 G-光栅 M-遮蔽物 PD-探测器
为简化，这里这个理论视为在一维中。
考虑坐标X和X`分别固定在观察者和物体上，并定义f（x`）为表面光强分布。
由透镜L形成的图像以速度Vo沿Xo的方向移动，在图像平面上图像沿X轴以相对速度V移动。
分别用h(x)和f（x）表示光传输分配的空间滤波器和在图像平面物体图像的光强分布。
输出信号g（Xr）可以从探测器的卷积积分中获得，如：
（1）
式子中Xr=vt+c，c是常数，一体化的实际限制由光圈大小和物体来确定，以较小者为准。
相关函数R（tr）由输出信号g（Xr）确定：
（2）
通过R（tr）的傅里叶变换，空间频率谱函数Gp（u）除去一个常数因子外可表示为：
（3）
H(u)的傅里叶变换是h（u），Fp（u）的强度空间功率谱函数为f（x），u表示空间频率沿x轴方向。
公式（3）表示作为一个过滤功能的功率谱在空间域输入函
数为Fp（u）。
为光栅的空间周期传输，功率谱具有窄的带通滤波特性，与中心频率u= ±1／p，一样，因此时空的功率谱Gp（f）有个峰值：
f=fo=v/p=(M/p)Vo （4）,其中p是光栅线的间隔，M是透镜L的光学放大图像。
通过测量频率f和峰值可以从方程（4）确定物体的运动速度Vo。
3实验装置
D-旋转盘 L-变焦距镜头 BS-分光镜 G-透射光栅 M-遮蔽物
图2 显示了使用透射光栅测速仪的原理图。
将一个图片粘贴到一个旋转的D 盘上作为移动物体，通过变焦透镜L成像到透射光栅G上，此时具有方波传输周期。
BS是放在后面的镜头，使图像也形成到电荷耦合器件（CCD）相机上，并在电视监视器观察分光镜。
通过空间滤波器总强度的光由光电倍增管（PMT）检测。
从PMT输出的输出信号可以送入示波器观察其振幅变化，也可以通过A/D转化或者与微机接口。
在空间滤波测速仪中，测量精度取决于物体的速度输出信号的中心频率。
因此，信号分析系统是空间滤波测速的重要部分之一。
原则上，与激光多普勒方法相似，用空间滤波方法获得的探测器输出的是一个窄带随机信号，这个信号的中心频率与物体的运动速度成正比。
因此，各种信号的分析技术除了使用激光多普勒测速仪以外，还可以采用空间滤波测速，空间滤波测速主要用频率分析，相关性，频率技术和跟踪频率。
在实验中我们使用A/D转换机与微机接口，使数据可以由微机自动处理。
我们编译三个程序。
首先，一个工作是在适当的时间收集样本的输出信号，采集样品的数量，可以设置为256或者1024。
其次，另一个快速进行傅里叶变换和发现频率fo。
然后，根据方程（4）计算出物体的移动速度，并与物体的实际移动速度进行比较。
4实验结果
举一个例子，在一个直径20厘米的旋转转盘上粘贴一张图片来充当移动物体。
它可以与不同速度的转盘一起移动，并且能在1.45米的距离处用200毫米的镜头观察。
在检测信号的光电倍增管的后面放置一个周期方波（p）为2.60毫米的光
栅。
当信号送入微机，其时间频率（f）被发现是26.5赫兹是，其物体的速度（vo）计算为49.2厘米/秒。
另一方面，我们使用千分之一位的秒表，该物体旋转时的切线速度（vo`）为50.7厘米/秒，它的误差不超过3%。
我们可以通过调节电机的电压，改变高速旋转的转盘转速和上述测量结果。
在TAB1中显示了一组数据。
5讨论
据悉，Vo和V`的差距在3%—4%之间。
这种差异是由物体跟随转盘转动造成的。
而且当它通过视野传递是，大多数时间其速度实际上与垂直于视线方向有一个小的角度。
如果我们考虑到这种影响，那么上述两个值几乎完全相同，所以，在实际垂直方向移动视线的树线可以预期物体的高精度。
在此测速，在空间滤波器显示形成一个移动物体的形象是非常重要的。
因为低对比度和图像散焦可能降低输出信号的噪声比，降低测量精度。
这个问题应慎重考虑，尤其是在微观或宏观区域进行速度的测量。
近年来，有人提出在时间变化的空间滤波的基础上运用一些二维矢量测试。
如Gaster提出一种二维适量测速方法，这种方法是以移频使用旋转径向光栅技术为基础。
然而，在这种方法中，机械的旋转两个磁盘光栅是非常必要的。
出于此原因，系统变得复杂和不稳定。
Ritonga和Ushizaka提出这样一种方法，使用两个网格相互垂直的透射光栅转盘来使用移频技术。
基于空间滤波方法的原则，每一个光栅网格只提取垂直方向的速度矢量。
该方法的频率响应主要取决于磁盘光栅的旋转速度。
因此这种方法可以测量大幅度变化的速度，在宏观和微观区域的固体和流体条件下也可以测量物体的速度。
6结论
本文介绍了用于测量速度的空间滤波法的基本理论。
我们也讲述了用透射光栅测量物体运动速度的方法、理论和实验研究。
关于数据的处理，我们用A/D转换与微机接口，使数据可以用微机自动处理。
这种技术能很好的呈现物体强烈对比度和结构的亮度分布。
相反，亮度分布相对平坦的物体的信噪比就非常小，或
者说是强背景下的微弱物体。
例如，我们很难测量在明亮天空中的一块范围内，一片薄云的速度。
这种测速仪不论在光学系统还是在机械系统都非常稳定，并且测量操作简单。
它可以适用于包括车辆、云、空气污染的散度、飞机的速度在内的各种物体速度的测量。
在过去的几年中，空间滤波已经逐步发展运用到实际用途中。
这个空间滤波方法的进展证明，该方法的优点足以在工业环境中使用。
因此，未来着重发展的方向是实用工具和实际应用。
参考文献
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