《阿贝成像原理》PPT课件
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
阿贝成像原理和空间滤波汇报人：日期:•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•空间滤波技术基本原理•阿贝成像原理与空间滤波技术结合应用案例分析01阿贝成像原理概述0102阿贝成像原理定义该原理指出，在理想光学系统中，物像共轭且放大倍数相等时，物像的衍射斑才会相互叠加而形成清晰可辨的像。
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，也被称为“阿贝正弦条件”。
随后，阿贝的学生蔡司和肖特等人根据阿贝成像原理，成功研制出了高分辨率的显微镜和望远镜。
随着光学技术和计算机技术的发展，阿贝成像原理在光学设计、图像处理等领域得到了广泛应用。
1873年，恩斯特·阿贝在研究显微镜成像时提出了阿贝成像原理，为光学成像理论奠定了基础。
阿贝成像原理可以用于设计高分辨率的显微镜，提高显微镜的成像质量。
阿贝成像原理可以用于设计高分辨率的望远镜，提高望远镜的观测能力。
阿贝成像原理可以用于设计各种光学仪器，如照相机、摄像机、扫描仪等。
阿贝成像原理可以用于图像处理领域，如提高图像分辨率、降低噪声等。
显微镜望远镜光学仪器图像处理02阿贝成像原理基本原理提供照明，使物体表面反射或发出光线。
光源被观察或成像的物体。
物体将物体发出的光线汇聚到一个焦点上，形成图像。
透镜光学成像系统组成光线从光源发出，经过物体反射或发出后，通过透镜汇聚到一个焦点上，形成图像。
光线传播光线经过透镜后，在焦点上形成倒立的实像或虚像。
成像过程光学成像系统工作原理阿贝成像原理是光学成像系统的基础理论之一。
阿贝成像原理描述了光在物体表面反射和透射的过程，以及光在透镜中传播的规律。
阿贝成像原理为光学成像系统的设计和优化提供了理论支持。
阿贝成像原理与光学成像系统关系03空间滤波技术介绍在光学成像系统中，通过在成像平面放置适当的光学元件（如透镜、光栅等），对入射光进行调制，从而改变光场的空间分布，以达到改善成像质量或提取有用信息的目的。
阿贝成像原理
+∞
∞
∫
E ( x, y )exp[i 2π ( f x x + f y y )]df x df y
像面的光强分布
( x, y )} 2 I ( x′, y′) = (λ f ′) F {E
2 1
( x, y )} 2 = I ( x′, y′) 物面上的光强分布 I ( x, y ) = t ( x0 , y0 ) = F {E (λ f ′) 4
F
S+1
A B C
S0 S-1
阿贝成象原理
2. 像面 上光场的复振幅分布 像面I’上光场的复振幅分布 光波从焦面F’到象面 到象面I’的传播 光波从焦面 到象面 的传播 如：显微系统
+∞
菲涅耳衍射积分
远场
物镜焦面上光场分布函数的傅里叶变 物镜焦面上光场分布函数的傅里叶变换
E ( x ', y ') = ∫
CH 6-4
阿贝成像原理
Abbe imaging principle
6.4 阿贝成像原理
阿贝（Abbe，1840－1905）研究如何提高显微镜的分 阿贝（ ， － ） 辨本领问题—1873 年对相干光照明的物体提出了两步 辨本领问题 衍射成像原理。 衍射成像原理。
L
O
1
F
S+1 S0 S-1
I’ C’ B’ A’
2 1
当透镜孔径为无限大时－－物面的所有频谱都参与综合成像 当透镜孔径为无限大时－－物面的所有频谱都参与综合成像 当透镜孔径为无限大时－－ －－物面与像面对应点光强之比为常数－－两者的光强分布完全 物面与像面对应点光强之比为常数－－ －－物面与像面对应点光强之比为常数－－两者的光强分布完全 相同－－ 物与像几何相似 相同 实际透镜的口径有限－－物函数所含有的频率超过一定限度的信 实际透镜的口径有限－－ 实际透镜的口径有限－－物函数所含有的频率超过一定限度的信 －－因衍射角过大而失去高频成分的信息再综合到一起时像 息－－因衍射角过大而失去高频成分的信息再综合到一起时像 的细节被“平滑”而变模糊－－ －－棱角不分明 的细节被“平滑”而变模糊－－棱角不分明 提高系统的成像质量：应扩大透镜的口径 减少高频信息的损失 提高系统的成像质量： 提高系统的成像质量 应扩大透镜的口径－减少高频信息的损失
4.3H阿贝成像原理与空间滤波
4 空间滤波概念和空间滤波器 （1)概念
空间滤波：在频谱面上，设置不同结构的光阑，用于提取 或剔除某些频谱，改变原物的频谱，从而完成改造图像的 信息处理。 I’ L 1 能够改变光信息的空间 频谱的器件，通称为空 间滤波器(spacial filter).
O
FS
C’
+1
A B C
光电科学与工程学院
4.3 阿贝成像原理与空间滤波 3 阿贝成像原理的意义
光电科学与工程学院
4.3 阿贝成像原理与空间滤波 3 阿贝成像原理的意义和价值
物镜或光瞳，相当 低通滤波器，高频 成分丢失。
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4.3 阿贝成像原理与空间滤波
说明: • 物镜口径有限，将丢失高频信息，因而像面上不能显 示物的所有细节，像变模糊了。 • 为了使像场准确地反映物场，应尽量扩大物镜口径 • 其真正价值在于：为光学信息处理开辟了一条新的途 径，启发人们从改变频谱入手改变输出信息。 • 空间滤波：物信息的频谱展现在透镜的后焦面上，可 以在这里放置各种光阑，以提取或剔去某些频段的信 息，实现对空间频谱的滤波。
间变换的相移。物体的这一效应，使得用普通的显微镜观
察时，其衬比度非常小，无法直接观察。
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4.3 阿贝成像原理与空间滤波
1935年，泽尼克发明的相衬法和相衬显微镜，是将光学空 间滤波应用于实际光学仪器的首创性工作。泽尼克根据空
间滤波原理提出的相衬法，最重要的特点是使观察到像的
强度与物体引起的相移成线性关系。
Aeik (OSoO) C , z
( x, y ) (u / M , v / M )
，相干成像条件下， 故对任一物波函数 U O
阿贝成像原理
目录摘要 (2)Abstract (3)第一章绪论 (5)1.1 阿贝成像的发现和其对光学信息处理的影响 (5)1.2 阿贝成像理论在教学中的推广 (6)1.3 阿贝成像理论在工程设计领域中的推广 (6)第二章阿贝成像原理与空间滤波 (7)2.1 二维傅里叶变换 (7)2.2 光学傅里叶变换 (8)2.3 阿贝成像原理 (8)2.4 空间频谱 (11)2.5 空间滤波与阿贝- 波特实验 (11)图 2.9 像面图象第三章阿贝成像原理与空间滤波实验设计. (13)第三章阿贝成像原理与空间滤波实验设计. (14)3.1 相干图像处理的4F 光学系统 (14)3.2 相干光源的成像与滤波系统 (14)3.3 非相干光源的成像与滤波系统 (15)3.4 实验结果与讨论 (16)第四章结论与展望 (17)谢辞. (18)参考文献 (19)摘要阿贝成像原理是在透镜后焦面上得到光场空间频率分布的傅里叶变换，成像又是一次逆变换的过程，这种变换可由傅里叶变换（FFT）轻松实现。
利用阿贝一波特实验装置和空间滤波系统，从改变频谱入手改造一幅光学图像，可以进行光学信息处理。
本文在此基础上，用Matlab的计算及图像可视化功能完成阿贝一波特实验的物理模型的构建并进行计算机模拟，从而实现数字图像的处理在介绍阿贝—波特空间滤波实验原理基础上，给出了实验仿真中几个关键的数字图像处理函数。
’仿真结果表明，此方式较好地完成了滤波成像仿真，是计算机辅助实验的一个可行途径。
关键词：阿贝成像原理空间滤波数字图像处理MATLAB 仿真AbstractAbbe imaging principle is Fourier which in the focal plane obtains the light field complex amplitude distribution after the lens transforms, and forms image also is a Fourier inverse transformation, this kind of transformation may be transformed by fast Fourier (FFT) and be relaxed realization. Use the Abbe - baud experiment device and the spatial filtering systems, from the change frequency spectrum transforms an opticspicture and carries on optics information processing.In this foundation, I complete the Abbe- baud experiment in the Matlab environment the physical model to construct and to carry on the computer simulation, thus realization digital image processing.In this paper I talk about how to simulate Abbe - Baud spatial filtering experiment based on MATLAB. The principle of the experiment is introduced at first . Then some functions of Digital Image processing are presented. Finally, the thesis discusseshow to implement the filtering experiment by low pass filters, high pass filters and band pass filters etc. In frequency domain. The results shows that the experiment can be emulated wellin this way and the method is feasible and effective for computer aided experiment in Optical Laboratory Course.Key words : Abbe imaging principle; spatial filtering; Digital picture processing ；MATLAB第一章绪论1.1 阿贝成像的发现和其对光学信息处理的影响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，就认识到相干成像原理。
阿贝成像原理和空间滤波
随着光学材料的发展，新型的光学材料如光子晶体、超材料等有 望为空间滤波技术带来突破。
数字空间滤波技术
数字空间滤波器通过数字信号处理技术实现，具有更高的灵活性和 可调性。
多模态和多维成像技术
结合不同模态的成像信息和多维度的空间滤波技术，有望提高成像 的分辨率和深度信息。
阿贝成像和空间滤波的前沿研究
阿贝成像与空间滤波在理论上是相辅相成的，阿贝成像关注物像对应关系，而空间 滤波则通过引入外部干预来优化图像。
阿贝成像与空间滤波在光学系统中的应用
在光学系统中，阿贝成像原理指导我 们如何构建高质量的成像系统，而空 间滤波则可以用来校正系统误差、抑 制噪声和提高图像分辨率。
通过结合阿贝成像和空间滤波，我们 可以获得更清晰、更准确的图像，从 而提高光学系统的性能。
1 2
超分辨成像技术
通过突破光学衍射极限，实现更高分辨率的成像 。
深度学习在空间滤波中的应用
利用深度学习算法对图像进行自适应滤波，提高 图像质量。
3
多焦点成像和空间滤波
通过多焦点成像技术，实现多焦点之间的空间滤 波和图像融合。
THANKS
谢谢您的观看
阿贝成像原理和空间滤波
汇报人： 2024-01-10
目录
• 阿贝成像原理概述 • 空间滤波原理 • 阿贝成像与空间滤波的结合 • 阿贝成像和空间滤波的实验演
示 • 阿贝成Leabharlann 和空间滤波的未来发展01
阿贝成像原理概述
阿贝简介
阿贝（Abbe）是19世纪德国物理学家和数学家，他提出了 阿贝成像原理，奠定了显微镜和望远镜等光学仪器成像的理 论基础。
阿贝成像与空间滤波在图像处理中的优势
阿贝成像确保了图像的几何精度和物像对应关系，而空间滤波则能够改善图像的视觉效果和特征提取 。
阿贝成像原理
阿贝成像原理
Abbe imaging principle
6.4 阿贝成像原理
阿贝（Abbe，1840－1905）研究如何提高显微镜的分 辨本领问题—1873 年对相干光照明的物体提出了两步 衍射成像原理。
L
O
1
F
S+1
I’ C’ B’ A’
1
A B C
S0 S-1
阿贝成象原理
2
通过衍射屏的光发生夫 琅禾费衍射，在透镜后 焦平面上得到傅里叶频 谱 (S+1, S0, S-1)
E ( x ', y ')
E( x, y)exp[i2 ( f
f x' x' d
x
' x f y ' y)]dxdy
y' d
f y'
牛顿放大率公式
x' d y' d , x f' y f'
d d x ' x, y ' y f' f'
E ( x ', y ') ( f ')
2
E( x, y)exp[i2 ( f x f
x
y
y)]df xdf y
像面的光强分布
I ( x, y) ( f ) F {E ( x, y)}
2 1
2
I ( x, y) 物面上的光强分布 I ( x, y) t ( x0 , y0 ) F {E ( x, y)} ( f )4
傅 里 叶 光 学 观 点
1. 透镜后焦面上光场分布
物光波的 付氏变换
阿贝成像原理
单色平面光波 f (r ) Aexp[i(k r 0)]
k r 2 (x cos y cos , z cos )
fx
2
cos ,
fy
2
cos ,
fz
2
cos
实验目的
1、熟悉阿贝成像原理，了解孔径成像对分辨率的影响； 2、加深成像过程的傅立叶变换的理解； 3、加深对光学中空间频谱和空间滤波概念的理解。
近代物理物理实验31
阿贝成像原理和空间滤波
背景知识
恩斯特·阿贝是一位杰出的德国数 学家和物理学家，哥廷根大学博士。1870 年任耶拿大学物理学教授。1878年任耶拿 天文台主任，对显微镜理论有重要的贡献。 为纪念恩斯特·阿贝在光学的贡献，月球 上有一个环形山以他来命名。
空间频率(Spatial Frequency)：
2. 观察网格字的频谱，采取各种滤波 形式后，观察像面的变化
3. 搭建θ调制光路，利用香和描图纸 完成像面要求的颜色输出
滤波形式
？①高、低频信息反映物的细节还是轮 廓，请同学们在实验中做低通滤波处理 时验证。 ？②方向滤波处理时频谱函数改变与象 函数改变的对应关系是什么，请同学们 在实验中做自己总结。 ？③如何利用方向滤波处理时的结论来
fxx
f y y)]dxdy
实验实现：
完善的薄透镜是一个二维付立叶变换运算器，对于放
置在物方焦面上物，在象方焦面上所成象就是物的付立叶 变换 。
g(x,y)
G( fx, fy)
g’(x’,y’)
实验原理—傅立叶变换
阿贝认为在相干平行光照射下，显微镜的成像可分为两个步 骤。第一个步骤是通过物的衍射在物镜后焦面上形成一个初级 干涉图；第二个步骤则为物镜后焦面上的初级干涉图复合为像。 成像的这两个步骤本质上就是两次傅里叶变换 。由于透镜的 孔径是有限的，总有一部分衍射角度较大的高次成分（高频信 息）不能进入物镜而被丢弃了。所以物所包含的超过一定空间 频率的成分就不能包含在像上。