Matlab在光学信息处理仿真实验中的应用
收稿日期:2004202213 基金项目:佛山科学技术学院校级科研课题经费资助 作者简介:谢嘉宁(1971-),女,广东潮州人,佛山科学技术学院物理系讲师,光学工程硕士,主要从事光学实验教学与
光信息处理的研究.
Matlab 在光学信息处理仿真实验中的应用
谢嘉宁1,陈伟成1,赵建林2,陈国杰1,张潞英1
(1.佛山科学技术学院物理系,广东佛山528000;2.西北工业大学应用物理系,陕西西安710072)
摘 要:提出了一种利用计算机并通过Matlab 软件仿真光学信息处理实验的方法,其特点是可以随意改变物理参量,克服了光学实验上难以实现的操作.文中分别给出了光栅衍射、空间滤波、图像边缘增强、相关识别等实验的部分仿真结果.
关键词:Matlab ;计算机仿真;CAI
中图分类号:O4239 文献标识码:A 文章编号:100524642(2004)0620023203
1 引 言
光学信息处理是以光子传递信息,以光学或光电子器件进行操作运算,利用光的透射、干涉和衍射等光学现象来实现对输入信息的各种变换或处理.因此,它也是一门基于实验的科学.随着计算机的广泛使用,计算机仿真实验得到了大量研究,各类CA I 软件应运而生,给光学信息处理的研究和教学带来极大方便.但笔者在调研中发现,大部分的仿真程序由VB ,C 和Fortran 等高级语言编写[1～3].使用这些语言编程,需要编者具有良好的计算机编程能力并花费较多的时间.因此,本文探讨利用Matlab 软件实现对光学信息处理实验的计算机仿真方法.
Matlab 作为科学计算软件,主要适用于矩阵
运算和信息处理领域的分析设计,它使用方便、输入简捷,运算高效、内容丰富,并且有大量的函数库可供使用[4].与Basic ,C 和Fortran 相比,用Matlab 编写程序,其问题的提出和解决只需以数
学方式表达和描述,不需要大量繁琐的编程过程,因此特别适合工程计算和教学软件的编写.本仿真实验系统实现了多种衍射屏的夫琅和费衍射、空间滤波、图像边缘增强、相关识别等实验的仿真.2 仿真系统的总体设计
本系统采用Matlab5.3编写,在Pentium 以上个人计算机上、Matlab 环境下运行.为了方便
用户使用,本系统的实验项目模块设置如图1所示.主界面的程序为O IP000.m ,界面如图2所
示.四大系统子模块是该窗体的子窗体模块,分别为O IP1.m ,O IP2.m ,O IP3.m 和O IP4.m ,通过单击主界面上相应的按钮即可启动相应的子窗体,在每一级子窗体界面上有相关的参量选择和操作
.
图1 系统模块功能图
图2 仿真实验系统主界面
第24卷 第6期
2004年6月
物 理 实 验 PH YSICS EXPERIM EN TA TION
Vol.24 No.6
J un.,2004
3 四大系统子模块的功能和程序的实现
四大系统子模块的功能介绍如下:
1)光栅衍射实验是第一子模块中的实验内容(如图3所示).通过界面右边的参量输入板,可以随意改变入射波长λ、焦距f 、缝数N 、缝宽a 、光栅常量d 和入射角θ.选定各参量后按下确定键,即可在左边的图像框显示出光强分布图和光栅衍
射图样[5]
.
图3 光栅衍射实验模块
2)空间滤波实验模块的内容为:阿贝2波特网
格实验和空间滤波实验[6].网格实验是光信息处理实验中最重要的实验内容之一.输入图像是用
Windows 下的画图工具制作的网格(128×128大小,存为BMP 格式),经过傅里叶变换,在频谱面上显示出振幅频谱图.选择一个滤波器,放置在频谱面上,再进行一次傅里叶逆变换,则在输出平面得到输出像.仿真结果见图4.空间滤波实验的仿真界面见图5,输入图像、傅里叶变换、滤波器选择、傅里叶逆变换、振幅频谱三维图都在菜单栏中选择.该实验程序的编写,主要运用了Matlab 中的fft ,ifft ,fftshift 等函数.图像的读入用了imread ()语句,显示图像用imshow ()语句.为了显示振幅频谱的三维图,使用了mesh (abs (F ))[7]
.
图4
阿贝2波特网格实验
图5 空间滤波实验
3)图像边缘增强模块包括2部分:常见的数
字图像边缘增强方法和利用小波函数实现图像边缘增强.常见的数字图像边缘增强方法有sobel ,prewitt ,robert 等,结果如图6所示.它们的实现
直接使用了Matlab 中信号处理工具箱自身带有的edge ()函数.小波函数产生边缘增强,是在空间滤波实验的基础上,将小波函数的傅氏表达式与输入图像的傅里叶变换函数相乘,再进行傅里叶逆变换得到.因此,在本仿真实验中,使用者可以根据实际需要,改变小波函数的类型和选择不
同的伸缩因子,对待处理的图像进行边缘特征提取.
图6 常见的数字图像边缘增强方法的结果
42 物理实验 第24卷
仿真结果如图7所示.用这种方法编写图像边缘增强程序,只用了几条语句就完成了任务,简单明了,具有很强的物理思想,让使用者在进行仿真实验的同时,加深了对光学信息处理过程的理解.另外,使用者可以根据研究的需要,自己编写小波滤波器函数
.
图7
Haar 小波变换实现图像边缘增强仿真实验
4)光学信息处理的应用模块包含两大部分:
图像的相加、减运算与图象相关识别,它们均属于光学图像处理的重要课题.本仿真系统以正弦光栅作为滤波器,对待处理图像的频谱进行滤波,经过傅里叶逆变换,即产生两图像的相加运算.将正弦光栅沿x 轴平移π/2,则在输出面上得到两图像的相减.图8是图像相加运算实验的仿真结果.联合变换相关运算的实现是通过将目标物与参考物放置在同一幅图上作为输入图像,经一次FF T 变换后,在频谱面上得到其复振幅分布F ,再对F 进行联合变换功率谱的计算,最后对结果作FF T
图8 图像相加运算仿真实验
的逆变换,输出结果即为目标物与参考物的相关峰.根据相关峰的强度以及弥散程度,可以对光学图像进行识别与筛选.相关识别仿真实验界面如图9所示.
图9 相关识别仿真实验
4 结束语
用软件工具Matlab 开发光学信息处理实验仿真系统,提高了实验的效率,快速实现研究中的新构想.因此,推广应用类似于Matlab 这样功能强大的编程软件来进行仿真实验的开发,将给教学和科研带来便利.参考文献:
[1] 刘兵.夫琅和费衍射的计算机模拟[J ].青岛大学学
报,1999,14(4):63～65.
[2] 沈为民,杜茂森,刘东旭.成像过程的计算机模拟
[J ].大学物理,2000,19(8):44～46.
[3] 安文玉,赵延波.光衍射的微机模拟[J ].黑龙江大学
自然科学学报,1999,16(2):73～75.
[4] 陈怀琛.MA TLAB 及其在理工课程中的应用指南
[M ].西安:西安电子科技大学出版社,2000.[5] 谢嘉宁,赵建林.光栅衍射现象的计算机仿真分析
[J ].佛山科学技术学院学报,2002,20(2):15～18.[6] 彭哲方.数字图像处理在阿贝成像原理和空间滤波
实验中的应用[J ].物理实验,2001,21(7):26～28.
[7] 谢嘉宁,赵建林.光学空间滤波过程的计算机仿真
[J ].光子学报,2002,31(7):847～850.
(下转第28页)
5
2第6期 谢嘉宁,等:Matlab 在光学信息处理仿真实验中的应用
复制C5中的公式到C6,C7,C8,…(公式的引用[2])即可.这时Excel就会自动在C6,C7,C8,…中只填入公式“=＄A＄63B6/＄A＄4/2,=＄A ＄63B7/＄A＄4/2,=＄A＄63B8/＄A＄4/2,…”,并计算出相应的半径值.操作方法是:先选中C5单元格,把鼠标移到C5右下角的黑色小方块上,当出现一个黑色十字形光标时按下鼠标左键并向下拖动鼠标,当把要计算的区域全部覆盖后释放鼠标,这时所有的衍射环半径就计算好了,释放鼠标后立刻就显示计算结果.用类似的方法由Excel可以很容易地计算出h2+k2+l2的值,或某个加速电压下的波长理论值λ0,不同半径时衍射环的波长测量值λ以及平均值,相对误差(图4).
4 结束语
使用Excel可以非常方便、快速、准确地计算、处理物理实验数据,还可以很方便地画曲线图、拟合直线图、进行回归分析、分析变量变化趋势…….而且通过网络又可以非常方便地进行相互讨论、交流、批阅,因此利用数码相机、电子计算机及Excel电子表格处理软件处理电子衍射实验或其它物理实验数据可以提高实验数据的处理水平和实验教学质量.
参考文献:
[1] 吴思诚,王祖铨.近代物理实验(基本实验)[M].北
京:北京大学出版社,1989.365.
[2] 杜茂康.Excel与数据处理[M].北京:电子工业出版
业,2003.14～16.
[3] 倪敏,诸燕萍.Excel软件在物理实验中的应用[J].
物理实验,2000,20(4):16～19.
[4] 朱文钧.把数字图像技术引入近代物理实验[J].物
理实验,2001,21(9):26～27.
Data acquisition and processing in the experim ent of electron diffraction
PAN Xue2jun1,WU Qian2
(1.College of Electronic Engineering,Sichuan Normal University,Chengdu610068,China;
2.Centre of Analysis and Measure,Sichuan Normal University,Chengdu610068,China)
Abstract:The picture of electronic diffraction is taken by a digital camera,then it is surveyed and pro2 cessed by the Excel processing software and drawing tool on the computer.
K ey w ords:electron diffraction;digital camera;Excel;paint tools
(上接第25页)
Application of Matlab in simulated optical
inform ation processing experiments
XIE Jia2ning1,CHEN Wei2cheng1,ZHAO Jian2lin2,
CHEN Guo2jie1,ZHAN G L u2ying1
(1.Department of Physics,Foshan University,Foshan528000,China;
2.Department of Applied Physics,Northwestern Polytechnical University,Xi’an710072,China)
Abstract:The method based on Matlab to simulate the optical information processing experiments is presented,by using which the physical parameters can be modified arbitrarily and some operations that it is difficult to be realized in real instrument condition can be achieved.The simulated results of grating diffrac2 tion,spatial filtering,extraction of edge2features and correlations operations are given.
K ey w ords:Matlab;computer simulation;CA I
82 物理实验 第24卷
光电探测技术实验报告
光电探测技术实验报告 班级：08050341X 学号：28 姓名：宫鑫
实验一光敏电阻特性实验 实验原理: 光敏电阻又称为光导管,是一种均质的半导体光电器件,其结构如图(1)所示。由于半导体在光照的作用下,电导率的变化只限于表面薄层,因此将掺杂的半导体薄膜沉积在绝缘体表面就制成了光敏电阻，不同材料制成的光敏电阻具有不同的光谱特性。光敏电阻采用梳状结构是由于在间距很近的电阻之间有可能采用大的灵敏面积,提高灵敏度。 实验所需部件: 稳压电源、光敏电阻、负载电阻（选配单元）、电压表、 各种光源、遮光罩、激光器、光照度计（由用户选配） 实验步骤: 1、测试光敏电阻的暗电阻、亮电阻、光电阻 观察光敏电阻的结构,用遮光罩将光敏电阻完全掩 盖,用万用表测得的电阻值为暗电阻 R暗,移开遮光罩，在环境光照下测得的光敏电阻的 阻值为亮电阻，暗电阻与亮电阻之差为光电阻，光 电阻越大，则灵敏度越高。 在光电器件模板的试件插座上接入另一光敏电阻， 试作性能比较分析。 2、光敏电阻的暗电流、亮电流、光电流 按照图(3)接线，电源可从+2~+8V间选用，分别在暗光和正常环境光照下测出输出电压V暗和V亮则暗电流L暗=V暗/R L,亮电流L亮=V亮/R L，亮电流与暗电流之差称为光电流，光电流越大则灵敏度越高。 分别测出两种光敏电阻的亮电流，并做性能比较。 图（2）几种光敏电阻的光谱特性 3、伏安特性: 光敏电阻两端所加的电压与光电流之间的关系。 按照图(3)分别测得偏压为2V、4V、6V、8V、10V、12V时的光电流，并尝试高照射光源的光强，测得给定偏压时光强度的提高与光电流增大的情况。将所测得的结果填入表格并作出V/I曲线。 注意事项: 实验时请注意不要超过光电阻的最大耗散功率P MAX, P MAX=LV。光源照射时灯胆及灯杯温度均很高，请勿用手触摸，以免烫伤。实验时各种不同波长的光源的获取也可以采用在仪器上的光源灯泡前加装各色滤色片的办法，同时也须考虑到环境光照的影响。
信息存储实验报告
徐州工程学院 管理学院实验报告 实验课程名称：信息存储与检索 实验地点：南主楼经济管理实验中心C710 年月至年月 专业信息管理与信息系统 班级 学生姓名 学号 指导老师
实验报告 实验项目：信息获取技术试验 实验学时：2学时 实验日期：2013-11-7 实验要求：（1）熟悉扫描仪、智能手机、数字摄录、条形码、触摸屏、手写技术、音频处理、网络信息才进等各种常用信息获取技术的有关知识及应用技能。 （2）在实验室提供的计算机等设备的基础上，尽可能全面地提前自备上述各类信息产品或功能相同、相近的信息产品，以便及进行实务操作。 （3）确实无实物或功能近似产品可用于实习的，可以用文字描述及粘贴图片的方式记录在实验报告上。 实验内容：（1）使用任一款扫描仪设备扫描任意书籍、报刊、票据等，并用配备的OCR软件进行文字识别及图像编辑，最终将选定的信息资料转化成硬盘中的电子文档。（确无设备的，可查阅相关资料，将简要的文字叙述及软件窗口粘到报告中。） (1)扫描文稿。为了利用OCR软件进行文字识别，可直接在OCR软件中扫描文稿。运行OCR软仆后，会出现OCR软件界面。 将要扫描的文稿放在扫描仪的玻璃面上，使要扫描的一面朝向扫描仪的玻璃面并让文稿的卜端朝下，与标尺边缘对齐，再将扫描仪盖上，即町准备扫描。点击视窗中的“扫描”键，即可进入扫描驱动软件进行扫描，其操作方法与扫描图片类似。扫描后的文档图像出现在OCR软件视窗中。 (2)适当缩放画面。文稿扫描后，刚开始出现在视窗中的要识别的文字画面很小，首先选择“放大”工具，对画面进行适当放大，以使画面看得更清楚。必要时还可以选择“缩小”工具，将画面适当缩小。 (3)调正画面。各类OCR软件都提供了旋转功能，使画面能够进行任意角度的旋转。如果文字画面倾斜，可选择“倾斜校正”工具或旋转工具，将画面调正。 (4)选择识别区域。识别时选择“设定识别区域”工具，在文字画面上框出要识别的区域，这时也可根据画面情况框出多个区域。如果全文识别则不需设定识别区域。 (5)识别文字。单击“识别”命令，则OCR会先进行文字切分，然后进行识别，识别的文字将逐步显示出来。一般识别完成后，会再转入“文稿校对”窗口。 (6)文稿校对。各类OCR软件都提供了文稿校对修改功能被识别出可能有错误的文字，用比较鲜明的颜色显示出来，并且可以进行修改。有些软件的文字校对工具可以提供出字形相似的若干字以供
光学仪器实验报告
常用光电仪器原理及使用 实验报告 班级：11级光信息1班 姓名：姜萌萌 学号：110104060016 指导老师：李炳新
数字存储示波器 一、实验目的 1、熟悉数字存储示波器的使用方法； 2、测量数字存储示波器产生方波的上升时间； 二、实验仪器 数字存储示波器 三、实验步骤 1、产生方波波形 ⑴、打开示波器电源阅读探头警告，然后按下OK。按下“DEFAULT SETUP”按钮，默认的电压探头衰减选项是10X。 ⑵、在P2200探头上将开关设定到10X并将探头连接到示波器的通道1上，然后向右转动将探头锁定到位，将探头端部和基线导线连接到“PROBE COMP”终端上。 ⑶、按下“AUTOSET”按钮，在数秒钟内，看到频率为1KHz 电压为5V峰峰值得方波。按两次CH1BNC按钮删除通道1，
按下CH2BNC按钮显示通道2，重复第二步和第三步。 2、自动测量 ⑴、按下“MUASURE”按钮，查看测量菜单。 ⑵、按下顶部的选项按钮，显示“测量1菜单”。 ⑶、按下“类型”“频率”“值”读书将显示测量结果级更新信息。 ⑷、按下“后退”选项按钮。 ⑸、按下顶部第二个选项按钮；显示“测量2菜单”。 ⑹、按下“类型”“周期”“值”读数将显示测量结果与更新信息。 ⑺、按下“后退”选项按钮。 ⑻、按下中间选项按钮；显示“测量3菜单”。 ⑼、按下“类型”“峰-峰值”“值”读数将显示测量结果与更新信息。 ⑽、按下“后退”选项按钮。 ⑾、按下底部倒数第二个按钮；显示“测量4菜单”。⑿、按下“类型”“上升时间”“值”读数将显示测量结果与更新信息。
LCR测试仪 一、实验目的 1、熟悉LCR测试仪的使用方法； 2、了解LCR测试仪的工作原理； 3、精确测量一些电阻，电感，电容的值； 二、实验仪器 LCR测试仪，电阻，电容，电感等元件 三、LCR测试原理 根据待测元器件实际使用的条件和组合上的差别，LCR 测量仪有两种检测模式，串联模式和并联模式。串联模式以检测元器件Z为基础，并联模式以检测元器件的导纳Y为基础，当用户将测出流过待测元件的电流I，数字电压表将测出待测元件两端的电压V，数字鉴相器将测出电压V和电流I 之间的相位角 。检测结果被储存在仪器内部微型计算机的
Matlab在光学信息处理仿真实验中的应用
收稿日期:2004202213 基金项目:佛山科学技术学院校级科研课题经费资助 作者简介:谢嘉宁(1971-),女,广东潮州人,佛山科学技术学院物理系讲师,光学工程硕士,主要从事光学实验教学与 光信息处理的研究. Matlab 在光学信息处理仿真实验中的应用 谢嘉宁1,陈伟成1,赵建林2,陈国杰1,张潞英1 (1.佛山科学技术学院物理系,广东佛山528000;2.西北工业大学应用物理系,陕西西安710072) 摘 要:提出了一种利用计算机并通过Matlab 软件仿真光学信息处理实验的方法,其特点是可以随意改变物理参量,克服了光学实验上难以实现的操作.文中分别给出了光栅衍射、空间滤波、图像边缘增强、相关识别等实验的部分仿真结果. 关键词:Matlab ;计算机仿真;CAI 中图分类号:O4239 文献标识码:A 文章编号:100524642(2004)0620023203 1 引 言 光学信息处理是以光子传递信息,以光学或光电子器件进行操作运算,利用光的透射、干涉和衍射等光学现象来实现对输入信息的各种变换或处理.因此,它也是一门基于实验的科学.随着计算机的广泛使用,计算机仿真实验得到了大量研究,各类CA I 软件应运而生,给光学信息处理的研究和教学带来极大方便.但笔者在调研中发现,大部分的仿真程序由VB ,C 和Fortran 等高级语言编写[1～3].使用这些语言编程,需要编者具有良好的计算机编程能力并花费较多的时间.因此,本文探讨利用Matlab 软件实现对光学信息处理实验的计算机仿真方法. Matlab 作为科学计算软件,主要适用于矩阵 运算和信息处理领域的分析设计,它使用方便、输入简捷,运算高效、内容丰富,并且有大量的函数库可供使用[4].与Basic ,C 和Fortran 相比,用Matlab 编写程序,其问题的提出和解决只需以数 学方式表达和描述,不需要大量繁琐的编程过程,因此特别适合工程计算和教学软件的编写.本仿真实验系统实现了多种衍射屏的夫琅和费衍射、空间滤波、图像边缘增强、相关识别等实验的仿真.2 仿真系统的总体设计 本系统采用Matlab5.3编写,在Pentium 以上个人计算机上、Matlab 环境下运行.为了方便 用户使用,本系统的实验项目模块设置如图1所示.主界面的程序为O IP000.m ,界面如图2所 示.四大系统子模块是该窗体的子窗体模块,分别为O IP1.m ,O IP2.m ,O IP3.m 和O IP4.m ,通过单击主界面上相应的按钮即可启动相应的子窗体,在每一级子窗体界面上有相关的参量选择和操作 . 图1 系统模块功能图 图2 仿真实验系统主界面 第24卷 第6期 2004年6月 物 理 实 验 PH YSICS EXPERIM EN TA TION Vol.24 No.6 J un.,2004
基于MATLAB光学信息处理结果的模拟
主要符号表 λ 入射光的波长 0 r 狭缝到接收屏的距离 a 缝宽(矩形孔的长度) b 矩形孔的宽度 d 缝间距 r 圆孔半径 θ 衍射角 f 透镜的焦距 x 屏上横向坐标 y 屏上纵向坐标 0I 0P 点的光强 I P 点的光强
1 绪论 1.1MATLAB语言用于计算机模拟的优势 有过计算机语言编程经验的人可能都会有这样的体会，当我们进行程序设计时，特别是当程序涉及到矩阵运算或绘图时，程序的编程过程是比较繁琐的，尤其是当我们需要编出一个通用程度较高的程序时就更为麻烦。它不仅要求我们深刻了解所要求解的问题以找到一个可靠性较好的算法，还必须研究各种可能的边界条件，特别是要考虑各种范围的数据大小等。另外，还要熟练掌握所使用的计算机语言。即便如此，所编写出的程序仍有可能会由于这样或那样的原因出错，或得不到满意的结果。因此，对于非计算机专业的科研和教学人员，更渴望有一种能让他们省时省力就能编写出解决专业问题的软件，从而避免资源浪费，提高工作效率。MATLAB就是顺应这一需求产生的，而且从它诞生之日起，就受到用户的欢迎，并且很快在各个领域得到推广。 MATLAB语言是Mathworks公司推出的一套高性能的数值计算可视化软件,它集数值分析、矩阵运算和图形显示于一体,被称为演算纸式的语言,是当今国际上最具活力的软件开发工具包。它提供了强大的科学运算、灵活的程序设计流程、高质量的图形生成及模拟、便捷的与其它程序和语言接口的功能。高质量的图形生成及模拟包括完成2D和3D数据图示、图像处理、动画生成、图形显示等功能的高层MATLAB命令,也包括用户对图形图像等对象进行特性控制的低层MATLAB 命令,以及开发GUI应用程序的各种工具。MATLAB提供了一个人机交互的系统环境,与利用Ｃ语言或FORTRAN语言作数值计算的程序设计相比,可以节省大量的 编程时间。通过MATLAB高质量的图形生成及模拟功能对抽象物理现象的细致模拟,使这些过程变得非常直观明了,从而把一些抽象的理论简明化,而且这种方法的实现要比其它的一些仿真软件简单、易行。因为MATLAB既是一种直观、高效的计算机语言,同时又是一个科学计算平台,它为数据分析和数据可视化、算法和应用程序开发提供了最核心的数学和高级图形工具。根据它提供的500多个数学和工程函数,可以在它的集成环境中交互或编程以完成各自的计算及图形生成与模拟。MATLAB中的Simulink是用来对真实世界的系统建模、模拟和分析的部件,提供了基于MATLAB核心的数值、图形、编程功能的一个块状图界面,对模型进行分析和模拟。通过利用MATLAB的编译器、Ｃ/Ｃ++数学库和图形库,可以自动地将包含数值计算和图形的MATLAB语言的源程序转换为Ｃ/Ｃ++的源代码。这些代码根据需要既可以当作子模块嵌入大的应用程序中,也可以作为一个独立的程序脱离环境单独运行。这样把一些复杂的物理现象通过MATLAB模拟出来并生成可执行的程序,可以拿来直接MATLAB使用,这是非常方便的。 MATLAB软件包括基本部分和专业扩展部分。基本部分包括：矩阵的运算和各种变换，代数和超越方程的求解。数据处理和傅立叶边变换，数值积分等等。专业扩展部分称为工具箱。它实际上是用MATLAB的基本语句编成的各种子程序集，用于解决某一方面的专门问题，或实现某一类的新算法。易扩展性是MATLAB 最重要的特点，每一个MATLAB用户都可以成为对其有贡献的人。在MATLAB的发展过程中，许多科学家、数学家、工程人员就用它来开发一些新的、有价值的应用程序，所有的程序完全不需要使用低层代码来编写。通过这些工作，已经发展
傅立叶光学实验报告
实验报告 陈杨 PB05210097 物理二班 实验题目: 傅里叶光学实验 实验目的: 加深对傅里叶光学中的一些基本概念与理论的理解,验证阿贝成像理论,理解透镜成像过程,掌握光学信息处理的实质,进一步了解透镜孔径对分辨率的影响。 实验原理: 1、傅里叶光学变换 二维傅里叶变换为:??+-=?=dxdy vy ux i y x f v u F )](2exp[),()}y ,x (f {),(π ( 1 ) 1()[(,)]x y g x F a f f -=, ''x y x f f y f f λλ??=????????=???? 复杂的二维傅里叶变换可以用透镜来实现,叫光学傅里叶变换。 2、阿贝成像原理 由于物面与透镜的前焦平面不重合,根据傅立叶光 学的理论可以知换(频谱),不过只有一个位相因子 的差别,对于一般情况的滤波处理可以不考虑。这个光路的优道在透镜的后焦平面上得到的不就是物函数的严格的傅立叶变点就是光路简单,就是显微镜物镜成像的情况—可以得到很大的象以便于观察,这正就是阿贝当时要改进显微镜的分辨本领时所用的光路。
3、空间滤波 根据以上讨论:透镜的成像过程可瞧作就是两次傅里叶变换,即从空间函数(,)g x y 变为频谱函数(,)x y a f f ,再变回到空间函数(,)g x y ,如果在频谱面上放一不同结构的光阑,以提取某些频段的信息,则必然使像上发生相应的变化,这样的图像处理称空间滤波。 实验内容: 1、测小透镜的焦距f1 (付里叶透镜f2=45、0CM)、 光路:直角三棱镜→望远镜(倒置)(出射应就是平行光)→小透镜→屏。(思考:如何测焦距？) 夫琅与费衍射: 光路:直角三棱镜→光栅→墙上布屏(此光路满足远场近似) (1)利用夫琅与费衍射测一维光栅常数; 光栅方程:dsin θ=k λ 其中,k=0,±1, ±2, ±3,… 请自己选择待测量的量与求光栅常数的方法。(卷尺可向老师索要) 记录一维光栅的衍射图样、可瞧到哪些级？记录 0级、±1级、±2级光斑的位置; (2)记录二维光栅的衍射图样、 3、观察并记录下述傅立叶频谱面上不同滤波条件的图样或特征; 光路:直角三棱镜→光栅→小透镜→滤波模板(位于空间频谱面上)→墙上屏 思考:空间频谱面在距小透镜多远处？图样应就是何样？ (1)一维光栅:(滤波模板自制,一定要注意戴眼镜保护;可用一张纸,一根
利用MATLAB模拟光学简单空间滤波系统
利用MATLAB 模拟光学简单空间滤波系统 摘要：阿贝成像原理是第一步在透镜的后焦面上得到物的空间频谱分布，第二步成像则是合频的过程，实则是两次傅立叶变换。利用阿贝-波特实验装置和空间滤波系统，可以对一幅光学图像进行光学信息处理。通过MATLAB 环境编写程序完成阿贝-波特实验和空间滤波的物理模型的构建并进行计算机模拟。 关键词：MATLAB ；阿贝成像原理；空间滤波；计算机模拟 引言： 早在1873年,阿贝（E ．Abbe,1840—1905）在德国蔡司光学器械公司研究如何提高显微镜的分辨本领问题时,就认识到相干成像的原理。空间滤波的主要目的是通过有意识地改变像的频谱,使像实现所希望的变化。光学信息处理是一个更为广阔的领域，它是基于光学频谱分析，利用傅里叶综合技术，通过空域或频域调制，借助空间滤波技术对光学信息进行处理的过程。阿贝提出的二次成像理论和20世纪初的阿贝—波特实验,已经为光学信息处理打下了一定的理论基础。 在阿贝成像理论的教学中,单纯依靠数学推演来讲解,效果不好,特别是空间频率、空间滤波等概念的形成有一定的困难。虽然可以通过演示阿贝- 波特实验来加强教学效果,但由于在普通教室难以完成演示实验,在实验室又受仪器、场地等方面的限制,实验现象不太理想。为此,我们设计出计算机模拟实验, 获得较好的模拟效果。在学习了解了阿贝成像原理的基础上，我们可以通过MATLAB 完成对阿贝-波特实验和空间滤波系统的计算机模拟，观察各种物体的空间频谱分布，设计各种不同的空间滤波器。 1.阿贝成像原理 在相干平行光照明下,显微镜的物镜成像可以分成两步：第一步即分频过程，由入射光经过物平面1P 发生衍射在物镜的后焦面2P 上形成夫琅禾费衍射图样;第二步称为合频或频谱综合过程，衍射图样作为新的子波源发出的球面波在像平面上相干叠加成像。相干光的成像过程本质上是两次傅立叶变换,第一次是将光场空间分布变成频率分布，第二次则是傅立叶逆变换,即将各频谱分量复合为像。如下图所示，为阿贝成像原理图。 L
信息检索实验报告
信息检索课程结业报告 姓 学
信息检索与web搜索 应用背景及概念 信息检索（Information Retrieval）是指信息按一定的方式组织起来，并根据信息用户的需要找出有关的信息的过程和技术。狭义的信息检索就是信息检索过程的后半部分，即从信息集合中找出所需要的信息的过程，也就是我们常说的信息查寻（Information Search 或Information Seek）。 信息检索起源于图书馆的参考咨询和文摘索引工作，从19世纪下半叶首先开始发展，至20世纪40年代，索引和检索成已为图书馆独立的工具和用户服务项目。随着1946年世界上第一台电子计算机问世，计算机技术逐步走进信息检索领域，并与信息检索理论紧密结合起来；脱机批量情报检索系统、联机实时情报检索系统。 信息检索有广义和狭义的之分。广义的信息检索全称为“信息存储与检索”，是指将信息按一定的方式组织和存储起来，并根据用户的需要找出有关信息的过程。狭义的信息检索为“信息存储与检索”的后半部分，通常称为“信息查找”或“信息搜索”，是指从信息集合中找出用户所需要的有关信息的过程。狭义的信息检索包括3个方面的含义：了解用户的信息需求、信息检索的技术或方法、满足信息用户的需求。 搜索引擎(Search Engine，简称SE)是实现如下功能的一个系统：收集、整理和组织信息并为用户提供查询服务。面向WEB的SE是其中最典型的代表。三大特点：事先下载，事先组织，实时检索。 垂直搜索引擎：垂直搜索引擎为2006年后逐步兴起的一类搜索引擎。不同于通用的网页搜索引擎，垂直搜索专注于特定的搜索领域和搜索需求（例如：机票搜索、旅游搜索、生活搜索、小说搜索、视频搜索等等），在其特定的搜索领域有更好的用户体验。相比通用搜索动辄数千台检索服务器，垂直搜索需要的硬件成本低、用户需求特定、查询的方式多样。 Web检索的历史： 1989年，伯纳斯·李在日内瓦欧洲离子物理研究所（CERN）开发计算机远程控制时首次提出了Web概念，并在1990年圣诞节前推出了第一个浏览器。接下来的几年中，他设计出HTTP、URL和HTML的规范，使网络能够为普通大众所应用。 Ted Nelson 在1965年提出了超文本的概念.超文本传输协议(HTTP，HyperText Transfer Protocol)是互联网上应用最为广泛的一种网络传输协议，超文本标注语言（HTML）。 1993, 早期的 web robots (spiders) 用于收集 URL: Wanderer、ALIWEB (Archie-Like Index of the WEB)、WWW Worm (indexed URL’s and titles for regex search)。 1994, Stanford 博士生 David Filo and Jerry Yang 开发手工划分主题层次的雅虎网站。 1994年初，WebCrawler是互联网上第一个支持搜索文件全部文字的全文搜索引擎，在它之前，用户只能通过URL和摘要搜索，摘要一般来自人工评论或程
光学实验报告
建筑物理 ——光学实验报告 实验一：材料的光反射比、透射比测量实验二：采光系数测量 实验三：室内照明实测 实验小组成员： 指导老师： 日星期二3月12年2013日期： 实验一、材料的光反射比和光透射比测量
一、实验目的与要求 室内表面的反射性能和采光口中窗玻璃的透光性能都会直接或间接的影响室内光环境的好坏，因此，在试验现场采光实测时，有必要对室内各表面材料的光反射比，采光口中透光材料的过透射比进行实测。 通过实验，了解材料的光学性质，对光反射比、透射比有一巨象的数值概念，掌握测量方法和注意事项。 二、实验原理和试验方法 （一）、光反射比的实验原理、测量内容和测量方法 光反射比测量方法分为直接测量方法和间接测量法，直接测量法是指用样板比较和光反射比仪直接得出光反射比；间接法是通过被测表面的照度和亮度得出漫反射面的光反射比。下面是间接测量法。 1.实验原理 （1）用照度计测量： P是投射到某一材料表面反射出来的光通量与被该光源的光通量的比值，根据光反射比的定义：光反射比即： φφP=P/因为测量时将使用同一照度计，其受光面积相等， 且，所以对于定向反射的表面，我们可以用上述代入式，整理后得： P=EE P/对于均匀扩散材料也可以近似的用上述式。 可知只要测出材料表面入射光照度E和材料反射光照度Ep，即可计算出其反射比。 （2）用照度计和亮度计测量 用照度计和亮度计分别测量被测表面的照度E和亮度L后按下式计算 πL/EP= 2；被测表面的亮度，cd/m式中：L---E—被测表面的照度，lx 。 2.测量内容 要求测量室内桌面、墙面、墙裙、黑板、地面的光反射比。每种材料面随机取3个点测量3次，然后取其平均值。 3.测量方法 ①将照度计电源（POWER）开关拨至“ON”，检查电池，如果仪器显示窗出现“BATT”字样，则需要换电池； ②将光接收器盖取下，将其光敏表面放在待测处，再将量程（RANGE）开关拨至适当位置，例如，拨在×1挡，测量的仪器显示值乘以量程因子即为测量结果。另有一种自动量程照度计，数字显示中的小数点随照度的大小不同而自动移位，只需将所显示的数字乘以量程因子即为测量结果（单位：lx）。有的照度计为自动量程，直接读取照度计数字即为测量结果。 ③在稳定光源下，将光接收器背面紧贴被测表面，测其入射照度E；然后将光接收器感光面对准被测表面的同一位置，逐渐平移光接收器平行离开测点，照度值逐渐增大并趋于稳定（约300mm左右），读；ρ，即可计算出光反射比Ep取反射照度值 ④测量时尽量缩短入射照度和反光照度间的时间间隔，并尽可能的保持周围光环境的一致性。
立式光学仪实验报告doc
立式光学仪实验报告 篇一：光学实验报告 建筑物理 ——光学实验报告实验一：材料的光反射比、透射比测量实验二：采光系数测量 实验三：室内照明实测实验小组成员：指导老师：日期：XX年12月3日星期二实验一、材料的光反射比和光透射比测量 一、实验目的与要求室内表面的反射性能和采光口中窗玻璃的透光性能都会直接或间接的影响室内光环境的好坏，因此，在试验现场采光实测时，有必要对室内各表面材料的光反射比，采光口中透光 材料的过透射比进行实测。通过实验，了解材料的光学性质，对光反射比、透射比有一巨象的数值概念，掌握测量方法和注意事项。 二、实验原理和试验方法 （一）、光反射比的实验原理、测量内容和测量方法光反射比测量方法分为直接测量方法和间接测量法，直接测量法是指用样板比较和光反 射比仪直接得出光反射比；间接法是通过被测表面的照度和亮度得出漫反射面的光反射比。 下面是间接测量法。
1. 实验原理 （1）用照度计测量：根据光反射比的定义：光反射比p是投射到某一材料表面反射出来的光通量与被该光源的光通量的比值，即： p=φp/φ 因为测量时将使用同一照度计，其受光面积相等，且，所以对于定向反射的表面，我们 可以用上述代入式，整理后得：p=ep/e 对于均匀扩散材料也可以近似的用上述式。可知只要测出材料表面入射光照度e和材料反射光照度ep，即可计算出其反射比。（2） 用照度计和亮度计测量 用照度计和亮度计分别测量被测表面的照度e和亮度l 后按下式计算 p=πl/e 式中：l---被测表面的亮度，cd/m2； e—被测表面的照度，lx 。 2.测量内容要求测量室内桌面、墙面、墙裙、黑板、地面的光反射比。每种材料面随机取3个点测量3次，然后取其平均值。 3.测量方法 ①将照度计电源（power）开关拨至“on”，检查电池，如果仪器显示窗出现“batt”字 样，则需要换电池；
信息光学matlab仿真
%圆孔的夫琅禾费衍射： N=512; r=3; %衍射圆孔的半径 I=zeros(N,N); [m,n]=meshgrid(linspace(-N/16,N/16-1,N)); D=(m.^2+n.^2).^(1/2); I(find(D<=r))=1; subplot(1,2,1),imshow(I); title('生成的衍射圆孔'); % 夫琅禾费衍射的实现过程 L=500; [X,Y]=meshgrid(linspace(-L/2,L/2,N)); lamda_1=630; % 输入衍射波长; lamda=lamda_1/1e6 k=2*pi/lamda; z=1000000; % 衍射屏距离衍射孔的距离h=exp(1j*k*z)*exp((1j*k*(X.^2+Y.^2))/(2*z))/(1j*lamda*z);%脉冲相应 H =fftshift(fft2(h)); %传递函数 B=fftshift(fft2(I)); %孔径频谱 G=fftshift(ifft2(H.*B)); subplot(1,2,2),imshow(log(1+abs(G)),[]); title('衍射后的图样'); figure meshz(X,Y,abs(G)); title('夫琅禾费衍射强度分布')
%单缝的夫琅禾费衍射： N=512; a=25; % 单缝的宽度 b=1000;% 单缝的长度 I=zeros(N,N); [m,n]=meshgrid(linspace(-N/4,N/4,N)); I(-a 实验注意事项（必读） 1．没有弄清楚实验内容者，禁止接触实验仪器。 2．注意激光安全。绝对不可用眼直视激光束，或借助有聚光性的光学组件观察激光束，以免损伤眼睛。 3．注意用电安全。He-Ne激光器电源有高压输出，严禁接触电源输出和激光头的输入端，避免触电。 4．注意保持卫生。严禁用手或其他物品接触所有光学元件（透镜、反射镜、分光镜等）的光学表面；特别是 在调整光路中，要避免手指碰到光学表面。 5．光学支架上的调整螺丝，只可微量调整。过度的调整，不仅损坏器材，且使防震功能大减。 6．实验完成后，将实验所用仪器摆放整齐，清理一下卫生。 Matlab数字衍射光学实验一 计算机仿真过程是以仿真程序的运行来实现的。仿真程序运行时，首先要对描述系统特性的模型设置一定的参数值，并让模型中的某些变量在指定的范围内变化，通过计算可以求得这种变量在不断变化的过程中，系统运动的具体情况及结果。仿真程序在运行过程中具有以下多种功能： 1）计算机可以显示出系统运动时的整个过程和在这个过程中所产生的各种现象和状态。具有观测方便，过程可控制等优点； 2）可减少系统外界条件对实验本身的限制，方便地设置不同的系统参数，便于研究和发现系统运动的特性； 3）借助计算机的高速运算能力，可以反复改变输入的实验条件、系统参数，大大提高实验效率。因此．计算机仿真具有良好的可控制性(参数可根据需要调整)、无破坏性(不会因为设计上的不合理导致器件的损坏或事故的发生)、可复现性(排除多种随机因素的影响，如温度、湿度等)、易观察性(能够观察某些在实际实验当中无法或者难以观察的现象和难以实现的测量，捕捉稍纵即逝的物理现象，可以记录物理过程的每一个细节)和经济性(不需要贵重的仪器设备)等特点。 Matlab是MathWorks公司于1982年推出的一套高性能的数值计算和可视化软件。它集数值分析、矩阵运算、信号处理和图形显示于一体，构成了一个方便、界面友好的用户环境。它还包括了ToolBox(工具箱)的各类问题的求解工具，可用来求解特定学科的问题。Matlab的长处在于数值计算，能处理大量的数据，而且效率比较高。MathWorths公司在此基础上开拓了符号计算、文字处理、可视化建模和实时控制能力，增强了Matlab的市场竞争力，使Matlab成为市场主流的数值计算软件。Matlab产品族支持概念设计、算法开发、建模仿真、实时实现的理想的集成环境。其主要功能有：数据分析、数值和符号计算、工程与科学绘图、控制系统设计、数字图像信号处理、财务工程，建模、仿真、原型开发，应用开发，图形用户界面。 在光学仪器设计和优化过程中，计算机的数值仿真已经成为不可缺少的手段。通过仿真计算，可以大幅度节省实验所耗费的人力物力，特别是在一些重复实验工作强度较大且对实验器材、实验环境等要求较苛刻的情况下。如在大型激光仪器的建造过程中，结合基准实验的仿真计算结果可为大型激光器的设计和优化提供依据。仿真光学实验也可应用于基础光学教学。光学内容比较抽象，如不借助实验，很难理解，如光的干涉、菲涅耳衍射、夫琅禾费衍射等。传统的光学实验需要专门的实验仪器和实验环境。其操作比较烦琐，误差大现象也不明显，对改变参数多次观察现象也多有不便。MATLAB是当今国际上公认的在科技领域方面最为优秀的应用软件和开发环境。利用它对光学实验仿真可避免传统实验中的缺点，强大的功能使光学实验变得简便准确。基于MATLAB的科学可视化功能对光学仿真实验现象进行计算机模拟的效果更加准确明显。 1.实验目的: 掌握基本的Matlab编程语言，了解其编程特点；模拟几种常用函数，了解其编程过程及图像显示命令函数，掌握Matlab画图方法；通过设计制作一系列光学研究物体掌握其编程方法；掌握光波的matlab编程原理及方法，初步了解Matlab 实验一用两次成像法测薄透镜焦距 一、引言 透镜是光学仪器中最基本的元件，反映透镜特性的一个主要参量是焦距，它决定了透镜成像的位置和性质(大小、虚实、倒立)。对于薄透镜焦距测量的准确度，主要取决于透镜光心及焦点(像点)定位的准确度。本实验在光具座上采用贝塞耳法（两次成像法）测薄凸透镜焦距，以便了解透镜成像的规律，掌握光路调节技术，为今后正确使用光学仪器打下良好的基础。 二、实验目的 1.学会用贝塞耳法（两次成像法）测量透镜焦距的方法。 2.掌握简单光路的分析和光学元件同轴等高的调节方法。 3.熟悉光学实验的操作规则。 三、实验仪器 He-Ne激光器，白光源，双凸透镜，反射镜，目标物，白屏，分划板 四、实验原理 在近轴光线的条件下，薄透镜成像的高斯公式为： ' ' 1 f f s s +=（4-1） 当将薄透镜置于空气中时，则焦距： ' ' ' s s f f s s =-= - （4-2） (4-2)式中, f ′为像方焦距； f为物方焦距；s′为像距；s为物距。 式中的各线距均从透镜中心(光心)量起，与光线进行方向一致为正，反之为负， 如图4-1所示。若在实验中分别测出物距s和像距s′，即可用式(4-2)求出该透镜的焦距f′。但应注意:测得量须添加符号，求得量则根据求得结果中的符号判断其物理意义。对于凸透镜焦距的测量，除用当将薄透镜上述物像公式法测量之外，还可用以下几种方法。 1.粗略估测法 图4-1 薄透镜成像 以太阳光或较远的灯光为光源，用凸透镜将其发出的光线聚成一光点(或像)，此时，s →∞，s ′≈f ′，即该点(或像)可认为是焦点，而光点到透镜中心(光心)的距离，即为凸透镜的焦距，此 法测量的误差约在10％左右。由于 这种方法误差较大，大都用在实验 前作粗略估计，如挑选透镜等。 2.自准法 如图4-2所示，在待测透镜L 的一侧放置被光源照明的1字形物屏AB ，在另一侧放一平面反射镜M ， 移动透镜(或物屏)，当物屏AB 正好位于凸透镜之前的焦平面时，物屏AB 上任一点发出的光线经透镜折射后，将变为平行光线，然后被平面反射镜反射回来。再经透镜折射后，仍会聚在它的焦平面上，即原物屏平面上，形成一个与原物大小相等方向相反的倒立实像A ′B ′。此时物屏到透镜之间的距离，就是待测透镜的焦距，即 f ＝s (4-3) 由于这个方法是利用调节实验装置本身使之产生平行光以达到聚焦的目的，所以称之为自准法，该法测量误差在1%～5%之间。 3.位移法(又称为贝塞尔物像交换法) 物像公式法、粗略估 测法自准法都因透镜的中 心位置不易确定而在测量 中引进误差，为避免这一 缺点，可取物屏和像屏之 间的距离D 大于4倍焦距 (4f)，且保持不变，沿光 轴方向移动透镜，则必能 在像屏上观察到二次成像。 如图4-3所示，设物距为s １时，得放大的倒立实像； 物距为s ２时，得缩小的倒立实像，透镜两次成像之间的位移为d,根据透镜成像 公式(4-2)，将 ()12/2S S D d ￠=-=-- () 12/2S S D d ￠=-=+ 代入式（4-2）即得 22 ' 4D d F D -= （4-4） 可见，只要在光具座上确定物屏、像屏以及透镜二次成像时其滑座边缘所在位置，就可较准确的求出焦距f ′。这种方法毋须考虑透镜本身的厚度，测量误差可达到1％ 。 五、 实验内容 图4-2 凸透镜自准法成像 图5-3 二次成像 实验一：多媒体CAI课件文字稿本的编写 实验目标: 掌握多媒体CAI课件文字稿本的编写方法 实验内容: 编写CAI课件文字稿本 实验要求： 1、课件简要说明 教学对象的说明；课件的教学功能与特点的说明；使用方式说明。 2、教学内容与教学目标的描述 教学单元与知识点的划分；教学目标的描述；学习者特征分析；知识结构分析。 3、问题的编写 提问部分、回答部分、反馈部分。 4、依照下列文字稿本的格式编写CAI课件稿本。 实验二：多媒体CAI课件制作稿本的编写（2课时） 实验目标: 掌握多媒体CAI课件制作稿本的编写方法 实验内容: 编写CAI课件制作稿本 实验要求： 1、理解多媒体CAI课件的系统结构 2、课件结构说明 3、知识单元的分析 知识单元的划分；知识单元的屏数及其之间的关系。 4、屏幕的设计 版面设计：教学信息区域、帮助提示区域、交互作用区域等的设计。 字体形象设计 修饰美化设计 5、连接关系的描述：进入方式、键出方式。 4、依照制作稿本的格式编写CAI课件稿本 实验三：文本素材的采集与制作 【实验目的】通过实验掌握使用word文档进行文本素材编辑的方式。 【实验要求】能掌握word的基本操作方法。 【实验过程】 1、艺术字的插入和编辑 (1)打开Office2003组件，进入Word(或PowerPoint)的文档编辑工作状态。 (2)将鼠标的光标移到工具栏(任意位置均可)上，单击左键调出Office2003中的常用工具选项，选择其中的“绘图”。 (3)在“绘图”工具栏中，单击“插入艺术字”按钮，打开“艺术字库“的对话框。 (4)根据多媒体CAI课件的设计要求选择“艺术字库”对话框中的“艺术字”模式。 (5)根据多媒体CAI课件的设计要求，在对话框中输入文字内容。 (6) 根据课件设计要求设置相应的字型、字号及字体，单击“确定”键后，艺术字即制作完毕。 2、文本艺术字的编辑加工 文本艺术字的编辑加工包括给艺术字加颜色、修改艺术字的格式和形状、缩小和及放大艺术字等。具体编辑方法如下： (1)给文本艺术字加颜色 给文本艺术字加颜色的具体操作步骤如下： ①将鼠标的光标放在制作好的艺术字上再单击，于是在艺术四角便会有八个小的白色方块，此时艺术字已激活。 ②用鼠标选中“字体颜色“按钮，出现颜色对话框。 ③根据课件的设计要求选择相应的颜色即可。 MATLAB编程用两种方法模拟光学实验 摘要： 利用MATLAB软件编程实现了用衍射积分的方法对单缝衍射、杨氏双缝干涉、黑白 光栅衍射的计算机模拟；以及用傅立叶变换方法对简单孔径衍射、黑白光栅及正弦光栅夫 琅和费衍射的模拟。 关键词： MATLAB；衍射积分；傅立叶变换；计算机模拟 引言： 美国Mathworks公司推出的MA TLAB，是一种集数值计算、符号预算、可视化建模、 仿真和图形处理等多种功能于一体的优秀图形化软件。本文介绍了通过MA TLAB软件编 程实现用衍射积分和傅立叶变换实现夫琅和费衍射计算机模拟的方法。 计算机模拟为衍射实验的验证提供一条简捷、直观的途径。从而加深了对物理原理、 概念和图像的理解。 正文： 大学教学课程中引入计算机模拟技术正日益受到重视，与Basic、C和Fortran相比，用MA TLAB软件做光学试验的模拟，只需要用数学方式表达和描述，省去了大量繁琐的编 程过程。下面来介绍利用MATLAB进行光学模拟的两种方法。 （一）衍射积分方法： 该方法首先是由衍射积分算出接收屏上的光强分布，然后根据该分布调制色彩作图，从而得到衍射图案。 1．单缝衍射。 把单缝看作是np个分立的相干光源，屏幕上任意一点复振幅为np个光源照射结果 的合成，对每个光源，光程差Δ=ypsinΦ,sinΦ=ys/D,光强I=I0(Σcosα)2+(Σsinα)2，其中α=2Δ/λ=πypys/λD 编写程序如下，得到图1 lam=500e-9; a=1e-3;D=1; ym=3*lam*D/a; ny=51; ys=linspace(-ym,ym,ny); np=51; yp=linspace(0,a,np); for i=1:ny sinphi=ys(i)/D; alpha=2*pi*yp*sinphi/lam; 图1 单缝衍射的光强分布 sumcos=sum(cos(alpha)); sumsin=sum(sin(alpha)); B(i,:)=(sumcos^2+sumsin^2)/np^2; end N=255; Br=(B/max(B))*N; subplot(1,2,1) 图文信息实验报告 （1）实验目的 进一步认识平台扫描仪的基本构成和工作原理，熟悉扫描仪的基本操作技能，掌握扫描软件的设置方法，认识不同的图像设置对所获得图像的作用和影响。 对于数字相机，学生除了解其基本结构和工作原理外，还需要熟悉其基本操作技能，掌握有关聚焦、测光、白平衡、感光度等操作和设定方法，并认识不同的设置对于图像成像特征或质量的影响。 （2）实验仪器 桌面型平面扫描仪及扫描软件：Microtek公司ScanMaker 6700、ScanMaker I700等；扫描软件：ScanWizard。 Panasonic DMC-FX8数字相机 （3）实验 下图分别为：彩色图片，改变动态范围图片，改变曲线范围图片，改变清晰度图片 加网与不加网 照片 （4）思考题 1.扫描分辨率50dpi与300dpi的图片有何差别？ 答：300dpi图片比50dpi图片更清晰，再现图像细节阶调变化更多 2.缩小“动态范围”时，扫描得到的图像有何变化？为什么？ 答：图像细节与层次变化少，过渡效果差，一些亮、暗部的细节丢失 因为动态范围是扫描仪能记录原稿的色调范围，即原稿最暗点的密度（Dmax）和最亮处密度值(Dmin)的差值。如果缩小亮部范围，则丢失亮部的一些细节。 3.如果原稿图像偏蓝，色彩又不够鲜艳，应在扫描仪软件中如何校正？ 答：用Curve曲线调整图像，选择图像中的灰色部分为依据，按灰平衡网点百分比值，分别调整CMY单色的层次曲线直至使图像达到标准。用Curve曲线的中间调50%处的CMYK色调做适当降低，使图像变鲜艳，明亮。 4.对于线条稿的扫描，应该考虑哪些方面的问题？ 答：线条稿的扫描分辨率，应高于连续调图像的扫描分辨率。一般应在600dpi 以上才能使输出的线条锯齿很小，肉眼看不清楚，图像分辨率太低，会产生 光学设计性实验报告（一步彩虹全息） 姓名： 学号： 学院：物理学院 一步彩虹全息 摘要彩虹全息是用激光记录全息图, 是用白光再现单色或彩色像的一种全息技术。彩虹全息术的关键之处是在成像光路( 即记录光路) 中加入一狭缝, 这样在干板上也会留下狭缝的像。本文研究了一步彩虹全息图的记录和再现景象的基本原理、一步彩虹全息图与普通全息图的区别和联系、一步彩虹全息的实验光路图，探讨了拍摄一步彩虹全息图的技术要求和注意事项，指出了一步彩虹全息图的制作要点, 得出了影响拍摄效果的佳狭缝宽度、最佳狭缝位置及曝光时间对彩虹全息图再现像的影响。 关键词：一步彩虹全息；狭缝；再现 1 光学实验必须要严密，尽可能地减少实验所产生的误差； 2 实验仪器 防震全息台激光器分束镜成像透镜狭缝干板架光学元件架若干干板备件盒洗像设备一套线绳辅助棒扩束镜2个反射镜2个 3 实验原理 3.1 像面全息图 像面全息图的拍摄是用成像系统使物体成像在全息底板上，在引入一束与之相干的参考光束，即成像面全息图，它可用白光再现。再现象点的位置随波长而变化，其变化量取决于物体到全息平面的距离。 像面全息图的像（或物）位于全息图平面上，再现像也位于全息图上，只是看起来颜色有变化。因此在白光照射下，会因观察角度不同呈现的颜色亦不同。 3.2 彩虹全息的本质 彩虹全息的本质是要在观察者与物体的再现象之间形成一狭缝像，使观察者通过狭缝像来看物体的像，以实现白光再现单色像。若观察者的眼睛在狭缝像附近沿垂直于狭缝的方向移动,将看到颜色按波长顺序变化的再现像。若观察者的眼睛位于狭缝像后方适当位置, 由于狭缝对视场的限制, 通过某一波长所对应的狭缝只能看到再现像的某一条带, 其色彩与该波长对应, 并且狭缝像在空间是连Matlab数字衍射光学实验讲义(一)
高等光学实验报告
多媒体素材处理实验报告
MATLAB编程用两种方法模拟光学实验
图文信息处理实验报告
光学实验报告 (一步彩虹全息)