Matlab在光学信息处理仿真实验中的应用_谢嘉宁
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CAI 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OIP000.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OIP1.m ,OIP2.m ,OIP3.m 和OIP4.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 PHYSICS 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 Lu2ying1
(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;CAI
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。
数字信号处理实验七小信号放大器特性分析与仿真
实验七小信号放大器特性分析与仿真1，实验目的 使用matlab分析各种小信号放大器的结构、参数及特性，加深对各种小信号放大器的理解和认识 二、实验原理 小信号放大器是电子线路的重要组成部分之一，由于他工作在晶体管的线性区域之内，因此又称为线性放大器。使用MATLAB可仿真小信号放大器的各种参数，如电压增益，输入阻抗，输出阻抗，频率响应等等。 1、晶体三极管的等效电路 常见的晶体三极管等效电路有：低频h参数，共基极T型高频等效电路，混合π型高频等效电路，他们通常用于分析各种小信号晶体管放大器的特性。 共发射极h参数的等效电路如图(a)所示，它适用于对低频放大器进行分析。另外，还存在着一种简化的h参数等效电路，其中忽略晶体管内部的电压反馈系数。共发射极的h参数与各电压电流的关系为。 共基极T型高频等效电路如图(b)所示，适用于共基极高频放大电路进行分析，工作频率可达100MHZ以上。 混合π型高频等效电路如图(c)所示，适用于分析共发射极的高频发达电路。在较宽的频率范围之内，等效电路的参数和工作频率无关。另外还存在着简化的混合π型高频等效电路，其中和处于开路状态。 2、共发射极放大电路 共发射极放大电路是一种使用的最为广泛的放大电路形式，其特点是电压增益和电流增益都比较高。自定义M函数amplifl..m用来仿真共发射极放大电路，使用它可以计算该放大器的的智力参数和交流参数。该
放大器的电路如下图。 MATLAB的特点之一就是适合进行线性代数运算，因此午在分析直流参数或分析交流参数时，都可以采用基尔霍夫定理，然后采用矩阵求逆的方式求出电压和电流的具体数值，进一步便可得到该放大器的各种参数。在分析共发射极放大的交流参数时，采用的晶体管模型是低频H 参数等效电路。一般来说，每个晶体管都可以用三个节点来表示，他们分别是基极集电极和发射极。在计算交流参数过程中，忽略各电容器的容抗。 3、直接耦合放大器 在两个或三个晶体管之间进行直接耦合的放大器称为直接耦合放大器，他多用作音响系统中的前置放大器，录音机内的磁头放大器。直接耦合放大器的主要特点是工作点稳定，电压增益高，下图是一个典型的直接耦合放大电路，它有三个晶体管构成，第一级为低噪声放大，第二级为高增益放大，第三极为射随器，整个放大器的电压增益由负反馈电路确定。由于采用了串联电压负反馈，同时又使用了射随器，因此该电路具有较高的输入阻抗和较低的输出阻抗。 4、差分放大器
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
数字信号处理实验
实验六: 用FFT对信号作频谱分析 一、实验目的 1．了解双音多频信号的产生、检测、包括对双音多频信号进行DFT时的参数选择等。 2．初步了解数字信号处理在是集中的使用方法和重要性。 3．掌握matlab的开发环境。 二、实验原理与方法 1、引言 双音多频（Dual Tone Multi Frequency, DTMF）信号是音频电话中的拨号信号，由美国AT&T贝尔公司实验室研制，并用于电话网络中。这种信号制式具有很高的拨号速度，且容易自动监测识别，很快就代替了原有的用脉冲计数方式的拨号制式。这种双音多频信号制式不仅用在电话网络中，还可以用于传输十进制数据的其它通信系统中，用于电子邮件和银行系统中。这些系统中用户可以用电话发送DTMF信号选择语音菜单进行操作。DTMF信号系统是一个典型的小型信号处理系统，它要用数字方法产生模拟信号并进行传输，其中还用到了D/A变换器；在接收端用A/D变换器将其转换成数字信号，并进行数字信号处理与识别。为了系统的检测速度并降低成本，还开发一种特殊的DFT算法，称为戈泽尔(Goertzel)算法，这种算法既可以用硬件（专用芯片）实现，也可以用软件实现。下面首先介绍双音多频信号的产生方法和检测方法，包括戈泽尔算法，最后进行模拟实验。下面先介绍电话中的DTMF信号的组成。在电话中，数字0~9的中每一个都用两个不同的单音频传输，所用的8个频率分成高频带和低频带两组，低频带有四个频率：679Hz,770Hz,852Hz和941Hz；高频带也有四个频率：1209Hz,1336Hz,1477Hz和1633Hz.。每一个数字均由高、低频带中各一个频率构成，例如1用697Hz和1209Hz两个频率，信号用表示。这样8个频率形成16种不同的双频信号。具体号码以及符号对应的频率如表10.6.1所示。表中最后一列在电话中暂时未用。DTMF信号在电话中有两种作用，一个是用拨号信号去控制交换机接通被叫的用户电话机，另一个作用是控制电话机的各种动作，如播
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
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 数字信号处理实验 实验一 自适应滤波器 一、实验目的 1、掌握功率谱估计方法 2、会用matlab 对功率谱进行仿真 二、实验原理 功率谱估计方法有很多种，一般分成两大类，一类是经典谱估计；另一类是现代谱估计。经典谱估计可以分成两种，一种是BT 法，另一种是周期法；BT 法是先估计自相关函数，然后将相关函数进行傅里叶变换得到功率谱函数。相应公式如下所示： ||1 *0 1 ?()()()(11) ??()(12) N m xx n jwn BT xx m r m x n x n m N P r m e --=∞ -=-∞ =+-=-∑ ∑ 周期图法是采用功率谱的另一种定义，但与BT 法是等价的，相应的功率谱估计如下所示： 21 1? ()()01 (13)N jw jwn xx n P e x n e n N N --== ≤≤--∑ 其计算框图如下所示： 观测数据x(n) FFT 取模的平方 1/N ) (jw xx e ∧ 图1.1周期图法计算用功率谱框图 由于观测数据有限，所以周期图法估计分辨率低，估计误差大。针对经典谱估计的缺点，一般有三种改进方法：平均周期图法、窗函数法和修正的周期图平均法。 三、实验要求 信号是正弦波加正态零均值白噪声，信噪比为10dB，信号频率为2kHZ，取样频率为100kHZ。 四、实验程序与实验结果 （1）用周期图法进行谱估计 A、实验程序： %用周期法进行谱估计 clear all; N1=128;%数据长度 N2=256; N3=512; N4=1024; f=2;%正弦波频率，单位为kHZ fs=100;%抽样频率,单位为kHZ n1=0:N1-1; n2=0:N2-1; n3=0:N3-1; n4=0:N4-1; a=sqrt(20);%由信噪比为10dB计算正弦信号的幅度 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 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) 数字信号处理实验八 调制解调系统的实现 一、实验目的: （1）深刻理解滤波器的设计指标及根据指标进行数字滤波器设计的过程（2）了解滤波器在通信系统中的应用 二、实验步骤: 1.通过SYSTEMVIEW软件设计与仿真工具，设计一个FIR数字带通滤波器，预先给定截止频率和在截止频率上的幅度值，通过软件设计完后，确认滤波器的阶数和系统函数，画出该滤波器的频率响应曲线，进行技术指标的验证。 建立一个两载波幅度调制与解调的通信系统，将该滤波器作为两个载波分别解调的关键部件，验证其带通的频率特性的有效性。系统框图如下： 规划整个系统，确定系统的采样频率、观测时间、细化并设计整个系统，仿真调整并不断改进达到正确调制、正确滤波、正确解调的目的。（参考文件 zhan3.svu） （1）检查滤波器的波特图，看是否达到预定要求； （2）检查幅度调制的波形以及相加后的信号的波形与频谱是否正常； （3）检查解调后的的基带信号是否正常，分析波形变形的原因和解决措施；（4）实验中必须体现带通滤波器的物理意义和在实际中的应用价值。 2.熟悉matlab中的仿真系统； 3.将1.中设计的SYSTEMVIEW（如zhan3.svu）系统移植到matlab中的仿真环境中，使其达到相同的效果； 4.或者不用仿真环境，编写程序实现该系统，并验证调制解调前后的信号是否一致。 实验总共提供三个单元的时间（6节课）给学生，由学生自行学习和自行设计与移植 三、系统设计 本系统是基于matlab的simulink仿真软件设计的基带信号调制与解调的系统，利用matlab自带的数字信号仿真模块构成其原理框图并通过设置载波、带通滤波器以及低通滤波器等把基带信号经过载波调制后再经乘法器、带通滤波器和低通滤波器等电路系统能解调出基带信号。 1、实验原理框图 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 光学信息处理 1. 引 言 自六十年代激光出现以来，光学的重要发展之一是形成了一个新的光学分支——傅里叶光学。傅里叶光学是指把数学中的傅里叶分析方法用于波动光学，把通讯理论中关于时间、时域、时间调制、频率、频谱等概念相应地改为空间、空域、空间调制、空间频率、空间频谱，并用傅里叶变换的观点来描述和处理波动光学中学波的传播、干涉、衍射等。傅里叶变换已经成为光信息处理的极为重要的工具。 光学信息处理就是对光学图像或光波的振幅分布作进一步的处理。自从阿贝成像理论提出以后，近代光学信息处理通常是在频域中进行。由于光的衍射,图像的夫琅和费衍射分布,即图像的空间频谱分布与图像的空间分布规律不同,这使得在频谱面上对其进行处理可获得一些特殊的图像处理效果。近代光学信息处理具有容量大，速度快，设备简单，可以处理二维图像信息等许多优点，是一门既古老又年青的迅速发展的学科。光学信息存储、遥感、医疗、产品质量检验等方面有着重要的应用。 2. 实验目的 1) 通过实验，加强对傅里叶光学中有关空间频率、空间频谱和空间滤波等概念的理解。 2) 掌握光学滤波技术，观察各种光学滤波器产生的滤波效果，加深对光学信息处理基本思想的认识。 3) 加深对卷积定理的理解 4) 了解用光栅滤波实现图像相加减及光学微分的原理和方法。 5) 了解黑白图像等密度的假彩色编码。 3. 实验原理 1) 二维傅里叶变换和空间频谱 在信息光学中常用傅里叶变换来表达和处理光的成像过程。设在物屏X -Y 平面上光场的复振幅分布为g (x ，y ) ，根据傅里叶变换特性，可以将这样一个空间分布展开成一系列二维基元函数的线性叠加，即 )](2exp[y f x f i y x +π∫∫+∞ ∞ ?+= y x y x y x df df y f x f i f f G y x g )](2exp[),(),(π （1） 式中f x 、f y 为x 、y 方向的空间频率，即单位长度内振幅起伏的次数，G (f x ，f y )表示原函数g (x ，y )中相应于空间频率为f x 、f y 的基元函数的权重，亦即各种空间频率的成分占多大的比例，也称为光场（optical field ）g (x ，y )的空间频谱。G (f x 、f y )可由g (x ，y )的傅里叶变换求得 ∫∫+∞ ∞ ?+?= dxdy y f x f i y x g f f G y x y x )](2exp[),(),(π (2) g (x ，y )与G (f x ，f y )是一对傅里叶变换式，G (f x ，f y )称为g (x ，y )的傅里叶的变换，g (x ，y )是G (f x ，f y )的逆变换，它们分别描述了光场的空间分布及光场的频率分布，这两种描述是等Matlab数字衍射光学实验讲义(一)
数字信号处理实验
高等光学实验报告
MATLAB编程用两种方法模拟光学实验
数字信号处理综合设计实验报告
光学实验报告 (一步彩虹全息)
光学信息处理讲义