空间光学系统理论与技术研究
研究生高等光学-空间滤波与θ调制-原理及实验指导

L
P1
x y
L1
P2
p q
L2
P3
I t p(x,y) -f
图 5-1
y
x
f
-f
f
4f 光学信息处理系统
我们用图 5-2 表示部分实验内容及结果。物采用正交光栅(即细丝网格状物) ,由单色 相干平行光照明;在频谱面上放置滤波器,以各种方式改变物的频谱结构,阻挡某些频谱, 选择另一些频谱让其通过;然后在像平面上观察,可得到各种不同于物的像。
图 5-2 A:表示正交光栅的频谱及像的情况;
部分实验内容及结果
B:挡住频谱面上的纵向信息,只让横向信息通过,在像平面上得到物的纵向结构信息; C:挡住频谱面上的横向信息,只让纵向信息通过,在像平面上得到物的横向结构信息; D:只让频谱面上的零频分量通过,零频分量是一个直流分量,它只代表像的本底; E:挡住零频分量,在一定条件下可使像发生衬度反转; F:采用选择性滤波器,可望完全改变像的性质。 2.θ调制 θ调制属于空间滤波的一种形式,它只是用不同取向的光栅对物平面的各个部分调制 (编码) ,通过特殊滤波器控制像平面相应部位的灰度(用单色光照明)或彩色(用白光照
一.实验目的:
1.掌握阿贝成像原理及 4f 傅里叶变换系统; 2.通过观察实验现象,加深对空间频谱和空间滤波的理解; 3.了解透镜的傅里叶变换作用。 4.掌贝波特与空间滤波 空间滤波概念上起源于阿贝(Abbe)二次衍射成像理论和著名的阿贝-波特(Abbe- Porter)实验。 根据阿贝成像原理,相干光学成像过程可分为两步:第一步称为分频过程,即从物平面 到光源的共轭像平面或称频谱面, 由输入的物作为衍射屏对照射光波产生夫琅和费衍射; 第 二步称为合频或频谱综合过程, 即从频谱面到输入物的共轭像平面, 被分解的频谱成分经进 一步的衍射后再次叠加形成输入物的共轭像。 按照傅里叶变换理论, 两步成像过程实际上是 光学系统对携带输入物信息的二维光场的复振幅分布进行的两次傅里叶变换过程。 典型的光学信息处理系统为如图 5-1 所示的 4f 傅里叶变换系统:输入平面 P1(即物平 面)位于透镜 L1 的前焦平面,输出平面 P3(即像平面)位于透镜 L2 的后焦平面。透镜 L1 和 L2 分别起分频(傅里叶变换)和合频(逆傅里叶变换)作用。P2 为频谱面,在频谱面上 作的光学处理就是空间滤波。 最简单的方法是用各种滤波器对衍射斑进行取舍, 达到改造图 像的目的。
傅里叶光学的实验报告(3篇)

第1篇一、实验目的1. 深入理解傅里叶光学的基本原理和概念。
2. 通过实验验证傅里叶变换在光学系统中的应用。
3. 掌握光学信息处理的基本方法,如空间滤波和图像重建。
4. 理解透镜的成像过程及其与傅里叶变换的关系。
二、实验原理傅里叶光学是利用傅里叶变换来描述和分析光学系统的一种方法。
根据傅里叶变换原理,任何光场都可以分解为一系列不同频率的平面波。
透镜可以将这些平面波聚焦成一个点,从而实现成像。
本实验主要涉及以下原理:1. 傅里叶变换:将空间域中的函数转换为频域中的函数。
2. 光学系统:利用透镜实现傅里叶变换。
3. 空间滤波:在频域中去除不需要的频率成分。
4. 图像重建:根据傅里叶变换的结果恢复原始图像。
三、实验仪器1. 光具座2. 氦氖激光器3. 白色像屏4. 一维、二维光栅5. 傅里叶透镜6. 小透镜四、实验内容1. 测量小透镜的焦距实验步骤:(1)打开氦氖激光器,调整光路使激光束成为平行光。
(2)将小透镜放置在光具座上,调节光屏的位置,观察光斑的会聚情况。
(3)当屏上亮斑达到最小时,即屏处于小透镜的焦点位置,测量出此时屏与小透镜的距离,即为小透镜的焦距。
2. 利用夫琅和费衍射测光栅的光栅常数实验步骤:(1)调整光路,使激光束通过光栅后形成衍射图样。
(2)测量衍射图样的间距,根据dsinθ = kλ 的关系式,计算出光栅常数 d。
3. 傅里叶变换光学系统实验实验步骤:(1)将光栅放置在光具座上,调整光路使激光束通过光栅。
(2)在光栅后放置傅里叶透镜,将光栅的频谱图像投影到屏幕上。
(3)在傅里叶透镜后放置小透镜,将频谱图像聚焦成一个点。
(4)观察频谱图像的变化,分析透镜的成像过程。
4. 空间滤波实验实验步骤:(1)将光栅放置在光具座上,调整光路使激光束通过光栅。
(2)在傅里叶透镜后放置空间滤波器,选择不同的滤波器进行实验。
(3)观察滤波后的频谱图像,分析滤波器对图像的影响。
五、实验结果与分析1. 通过测量小透镜的焦距,验证了透镜的成像原理。
光学系统

光学系统
光学术语
01 理想
03 放大率
目录
02 物像关系 04 光阑
05 渐晕现象
07 像差
目录
06 成像光束 08 对称共轴作图
光学系统(optical system)是指由透镜、反射镜、棱镜和光阑等多种光学元件按一定次序组合成的系统。 通常用来成像或做光学信息处理。曲率中心在同一直线上的两个或两个以上折射(或反射)球面组成的光学系统 称为共轴球面系统,曲率中心所在的那条直线称为光轴。
由于轴上点的成像光束被孔径光阑所限制,易于想到,将系统的所有光孔分别通过其前面的光学零件成像于 物空间时,其中对轴上物点张角为最小的那个像,或当物在无穷远时孔径为最小的那个像所对应的光孔,一定是 孔径光阑。孔径光阑在物空间的像称为入射光瞳,其对物点的张角称为物方的光束孔径角。同样,孔径光阑被其 后面的光学零件成在像空间的像,称为出射光瞳,它一定也是对轴上像点张角为最小的一个光孔像,这个张角是 像方的光束孔径角。入射光瞳、孔径光阑与出射光瞳三者是共轭的。如果忽略光阑像差,入射光瞳是物面上各点 成像光束的公共入口;出射光瞳是成像光束的公共出口。通过孔径光阑中心的光线叫主光线,因共轭关系,它也 通过入射光瞳中心和出射光瞳中心。因此,一般说主光线是成像光束的中心线。
光学系统的光学传递函数OTF测定方法理论(实验)研究---终稿

本科毕业设计(论文)光学系统的光学传递函数OT F测定方法理论(实验)研究学 院_ 物理与光电工程学院__专 业_____ 光信息科学与技术_(光电显示与识别技术方向)年级班别________2010级(2)班__学 号_________3110008945______学生姓名___________林清贤___指导教师___________雷 亮____2014 年 4 月 28 日摘要光学传递函数是定量描述成像性能的完备函数。
但是对于实际的光电成像器件(如CCD器件),通过解析法建立这一函数的表达式又是非常困难的,因此光学传递函数的实测技术就显得尤为重要。
光学传递函数是一个客观的、准确的、定量的像质评价指标,并且其能够直接方便的测量,因此已经广泛应用于光学设计、加工、检测和信息处理中。
本文主要介绍了光学传递函数的性质及其测量原理分析,并对固有频率目标法和狭缝扫描法进行了实验研究。
我们采用光学显微镜作为待测量光学传递函数的光学系统,通过改变显微镜的放大倍数,比较分析放大倍数对调制传递函数(MTF)测量的影响,并比较两种测量方法的优劣。
实数傅立叶变换是整个实验中需要透彻理解和运用的数学概念,在此基础上理解离散傅立叶级数与MTF定义的理论依据,并由此建立数学模型。
由本文建立的理论模型出发,结合实验所测得的数据,最后得到了基本可靠的实验结果。
本文最终给出两种测量法对应的matlab程序、数值测量结果、实验测得的可靠的MTF实验结果撰写毕业论文主要内容。
关键字: 光学传递函数,傅立叶变换,固有频率目标法,狭缝扫描法AbstractThe optical transferfunction is quantitatively describe theimag ing performance of the complete function.But for theactual photoel ectric imagingdevices(such asCCD device), through the analytic methodto establishthe function ofexpression is very difficult.Therefore the measurement technique of opticaltransferfunction is particularl yimportant.Opticaltransfer function is an objective, accurate and quantitativeimage quality evaluationindex,anditcan directly andconvenientmeasurement,thereforehasbeen widelyapplied optics design, processing, testing and information processing.This papermainly introducesthe propertiesof theopticaltransfer functionand its measuringprinciple, andthe inherent frequencytarget andslit scanmethod has carried on the experimentalstudy.We us eoptical microscope asfor measuring opticaltransfer function of opti calsystem,through changing the magnificationofthe microscope, comparative analysisof magnification ofmodulation transferfunction (MTF)measurement, theinfluence of themerits ofthe two measuringmethods are compared.Real Fourier transform is the need to thoroughly understand and apply inthe experiment of mathematical concepts, onthebasis of the understanding ofdiscreteFourierseries andth etheoretical basisof the definition of MTF,and thus to establish mathematical model.Set up bythis article onthetheorymodel, combinedwith the data measured inlaboratory, the fundamental and reliableexperiment resultsare obtained.Finally,thepaperproposes two kinds of measurement method of the corresponding matlab program,theresults of numerical measurement andreliableexperimental measured MTFexperimental results of writinggraduation thesis main content.Keywords:Optical transfer function,Fouriertransform,Nat ural frequency method; Slit scan method目录第一章绪论 (1)1.1 光学传递函数简介1ﻩ1.2 光学传递函数的发展1ﻩ1.2.1 光学传递函数的发展历史 (1)1.2.2光学传递函数的发展现状和趋势 (2)1.3光学传递函数的测量意义3ﻩ1.4 本论文的主要内容4ﻩ第二章光学传递函数的基本理论5ﻩ2.1 光学成像系统的一般分析 (5)2.1.1透镜的成像性质5ﻩ2.1.2 光学成像系统的普遍模型 (8)2.1.3 两种类型的物体照明方式9ﻩ2.1.4 阿贝成像理论9ﻩ2.2光学传递函数的概念 ...................................................................................... 102.3光学传递函数的计算ﻩ122.3.1 以物像频谱为基础的计算ﻩ122.3.2以点扩散函数为基础的计算 (13)2.3.3 线扩散函数与一维调制传递函数14ﻩ2.4 离散傅里叶级数与MTF定义的理论依据 ........................................................ 15第三章光学传递函数的测量原理分析 . (18)3.1光学传递函数的测量方法综述18ﻩ3.2 实验中的两种测量方法原理分析 (19)3.2.1 固有频率目标法 (19)3.2.2 狭缝扫描法 ................................................................ 错误!未定义书签。
光学工程师手把手教你入门:从理论到实践

光学工程师手把手教你入门:从理论到实践2023年,随着科技的不断发展,光学工程师成为了一个备受关注的职业,越来越多的人开始向着这个领域进发。
但是,要成为一名优秀的光学工程师,需要一定的理论基础和实践经验。
本文将带你走进光学工程师的世界,手把手地教你入门,从理论到实践,让你更好地了解这个领域。
一、光学基础知识在了解光学工程师的工作内容之前,我们需要先了解光学基础知识。
光学是关于光和它们在空间中的传播、相互作用和变换的学科,涵盖了光的产生、传播、检测和应用的所有领域。
光学是一门复杂而又有趣的学科,从物理学、化学、电学等领域吸取了很多知识,有机会自然科学的知识结构和方法论,是现代工程技术的基础。
光学基础知识中包括了光的基本性质、光线的传播和折射、反射、衍射和干涉等等,另外还包括了光源、光器件、光电子学、激光技术等等。
这些知识是光学工程师日常工作的基础,因此,对于入门者来说,需要深入学习和研究这些知识。
二、光学工程师的工作内容了解光学基础知识之后,我们来看看光学工程师的工作内容。
光学工程师是一名研发工程师,主要从事光学仪器的开发和研制,包括研发光学镜头、激光器、光电器件等。
其主要的工作内容包括:1. 光学元器件的设计和制造光学工程师需要进行光学元器件的设计和制造。
光学元器件是光学系统中的基础单位,包括透镜、棱镜、反射镜、滤波器等等,这些器件需要根据具体的需求进行设计和制造。
在这个过程中,需要对光学原理进行深入了解,对光学系统的组成进行分析和研究。
2. 光学系统的建模和分析光学工程师需要进行光学系统的建模和分析。
光学系统是由多个光学元器件组成的,需要进行系统建模,进行光路分析、波前传播分析、偏振分析等等。
这些分析可以帮助工程师确定系统的光学性能和参数,设计满足用户需求的光学系统。
3. 光学系统的调试和测试光学工程师需要进行光学系统的调试和测试。
调试是指对已经制造好的光学器件和光学系统进行进一步的调整和优化,以达到设计要求。
空间光学遥感器技术发展成就与展望

空间光学遥感器技术发展成就与展望王小勇【期刊名称】《国际太空》【年(卷),期】2018(000)001【总页数】5页(P34-38)【作者】王小勇【作者单位】北京空间机电研究所【正文语种】中文1 引言我国空间光学遥感器研制始于1967年11月,迄今已走过50年光辉历程。
经过长期的艰苦奋斗、自主创新,我国空间光学遥感器技术取得了一系列重大突破,建立了完整一流的空间光学遥感器的设计、制造、检测和试验体系,进入了一种新的发展业态。
中国空间技术研究院作为我国空间光学遥感事业的主力军,主持并参与了多项遥感相关的国家重大科技攻关专项及项目,极大推进了遥感理论、技术及应用等方面的进步。
通过50年的建设与发展,可见多光谱探测技术、红外探测技术、光谱探测技术等取得了长足的进步,已形成了以陆地观测卫星、环境和灾害监控及预测小型卫星、海洋卫星、气象卫星以及高分辨率地球观测卫星等为系列的卫星系统,研制出系列化的空间光学遥感器产品,产品广泛应用于国防事业和国民经济建设相关领域,不断满足国家安全和人民生活等多方面需求,也为人类探索宇宙空间奥秘、更好地保护地球家园做出了重要贡献。
2 光学遥感发展历程迄今为止我国研制发射成功了多品类的空间光学遥感器产品。
从胶片型相机发展到遍布高、低轨道的各类传输型相机,从对地球观测的相机发展到对深空探测的相机,不断填补空白取得重要突破。
自1967年起步,20年间我们发展了两代胶片型对地观测相机和测绘相机。
这些相机系统包括地相机和星相机。
地相机拍摄地表目标,把信息记录在胶片上;星相机在地相机拍摄同时,对恒星成像,记录卫星摄影时姿态并确定所摄地面目标位置。
相机的摄影胶片经暗道卷绕到回收片盒,随返回舱一起返回地面,后续经冲洗等处理后供用户使用。
该型产品实现了2m分辨率的对地观测和1:100000比例尺地图测绘。
1999年,中巴资源-1卫星两台相机在轨应用,实现了从胶片型相机到传输型相机的跨越,以及从可见光相机向红外相机的拓展。
光学系统

第一节 理想光学系统与共线成像理论
理想光学系统理论在1841年由高斯提出,1893年阿 贝发展了理想光学系统理论。 理想光学系统理论——高斯光学 对于实际使用的共轴光学系统,由于系统的对称 性,共轴理想光学系统所成的像还有以下性质: (1)位于光轴上的物点对应的共轭像点也必然位 于光轴上;位于过光轴的某一个截面内的物点对应 的共轭像点必位于该平面的共轭像面内;过光轴的 任意截面成像性质都是一样的。因此可以用过光轴 的截面代表一个共轴系统。
共轴理想光学系统所成像的性质
(2)垂直与光轴的平面物所成的共轭平面像的几何 形状完全与物相似,也就是说在整个物平面上无论 哪一部分,物和像的大小比例等于常数。像和物的 大小之比称为“放大率”,对于共轴理想光学系统 来说,垂直于光轴的同一平面上的各个部分具有相 同的放大率。 (3)一个光学系统,如果已知两对共轭面的位置和 放大率;一对共轭面的位置和放大率以及轴上的两 对共轭点的位置,则其它一切物点的像点都可以根 据这些已知的共轭面和共轭点来表示。
第一节 理想光学系统与共线成像理论
理想光学系统——像与物是完全相似的
这种“共线成像”理论的初始几何定义可归纳为:
第一节 理想光学系统与共线成像理论
理想光学系统——像与物是完全相似的 物空间 像空间 点 共轭点 直线 共轭直线 直线上的点 共轭直线上的共轭点 任一平面 一共轭平面
同样:物空间中每一同心光束在像空间中均有一共轭 同心光束与之对应。 简单的说:物空间的任一点、线、面都有与之相共轭 的点、线、面存在,且是唯一的。
第二节 理想光学系统的基点与基面
这些已知的共轭面和共轭点为共轴光学系统的 “基面”和“基点”。 基点就是一些特殊的点,基面就是一些特殊的面。 正是这些特殊的点与面的存在,从而使理想光学系 统的特性有了充分体现,只有掌握了这些基点基面 的特性,才能够分析计算理想光学系统。 基点:物方焦点,像方焦点;物方主点,像方主 点;物方节点,像方节点。 基面:物方主面,像方主面;物方焦面,像方焦 面。
空间自适应光学研究

21 0 1年 1 0月
航 天返 回与 遥感
S AC CR T R O RY & RE P E AF EC VE MO E S NSNG T E I 1 9
空问 自适应光学研究
俞信 张晓芳 胡新 奇
( 京 理 工 大 学 光 电 学 院 , 京 10 8 ) 北 北 0 0 1
其 未来的前 沿研 究 方 向
证 前 沿 方 向
中图分 类 号 :P 1 32 r
文 献标 识 码 : A
文章编 号 :0 9 8 1(0 o — 0 9 1 10— 5 82 1)5 0 1—0 1
S u y o p c a tv tc t d n S a e Ad p i e Op is
了令人 瞩 目的成 就 。
近 年来 , 自适 应光 学领 域相 继 出现 了一些 新 理论 和技 术创新 , 同时还 出现 了一些 新 的波前 传感 和波 前校 正 器 件 , 金 字塔 波 前传 感 器 、 机 电 ( co eet m caia Ss msME ) 如 微 Mir—lcr ehncl yt , MS 变形 镜 、 晶空 间光 调 制 器 o e 液
摘 要 文章 阐述 了空 间成像 光 学 系统 发展 状 况 , 示 了空 间 自适 应光 学的重要 意义 ; 揭 从误 差 源 、 术及 地 面 实验验 证 系统 四方 面探讨 了空 间 自适应 光 学的主要 研 究 内容 . 并提 出 了
关 键 词 空 间 自适应 光 学 空 间成像 光 学 系统 误 差 系统 一 体化 建模 与仿 真 关键技 术 地 面 实验验
Yu Xi Z a g Xi o a g n h n a f n Hu Xi q n i
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
空间光学系统理论与技术研究
一、引言
空间光学系统理论与技术研究是现代光学的重要研究领域之一。
随着科技的不断发展和人们对物质世界的探索深入,空间光学系
统的应用也越来越广泛。
本文将重点探讨空间光学系统的理论和
技术研究,为从事相关工作的人员提供一定的参考和帮助。
二、空间光学系统的意义
空间光学系统是指通过组合几何光学、物理光学、信息光学等
学科知识,结合先进的光学材料、仪器设备,以及先进的计算机
技术等多种手段和技术,研制出适用于空间环境的光学系统。
这
些光学系统可以用于天文观测、地球观测、无人机航拍等领域。
空间光学系统的意义在于,它可以帮助科学家和研究员们更准
确地观测和研究宇宙空间及地球表面的现象,从而更好地认识和
探究自然规律。
对于国家和社会发展也有着巨大的作用,比如用
于探测卫星、导航卫星、地球资源遥感等领域。
三、空间光学系统的分类
空间光学系统根据其目的和应用领域的不同,可以分为天文光
学系统、遥感光学系统、环境监测光学系统等。
天文光学系统是指天文望远镜。
传统的天文望远镜是通过地面
观测来获取天体的图像和信息。
而随着技术的发展,航天技术也
越来越成熟,现在可以将望远镜送入深空,实现对宇宙空间的高
质量观测和研究。
遥感光学系统是指遥感卫星、无人机等光学设备。
它可以通过
不同的波长对地球表面进行高分辨率的遥感监测,获取地理信息、农业信息、环境变化等方面的数据,为实现智慧城市、数字农业、环保等领域的发展提供重要支撑。
环境监测光学系统主要是用于检测和分析工业、城市生产和生
活环境的各项物理和化学指标,如空气质量、水质、土壤污染物等。
该系统能够实现远距离、实时监测,发现和预测污染物的变
化情况,提供准确的判断和应对策略。
四、空间光学系统的核心技术
空间光学系统的核心技术包括光学表面的制备和检测技术、光
学传感和调节技术、光学成像技术等。
首先,光学表面的制备和检测是空间光学系统中关键的一环。
这一技术要求能够制备出高精度、高质量的光学元件,同时能够
检测出微小的缺陷和形变。
这需要具备复杂的检测方案、高灵敏
度的检测仪器和优秀的检测人员。
其次,光学传感和调节技术也是空间光学系统的重要组成部分。
传感技术能够实时感知光学系统的物理量变化,调节技术可以根
据传感结果对光学系统进行快速调整和维护。
这一技术的研究涉
及到光电子系统、机械控制系统、信号处理和算法等方面。
最后,光学成像技术也是空间光学系统一项重要的核心技术。
要求能够通过不同的波长、不同的成像方式,得到高分辨率、高
质量的成像结果。
这方面的技术研究涉及到光学仪器、图像采集、图像处理、数据传输等多个方面,需要具备丰富的实际经验和理
论知识。
五、空间光学系统的发展趋势
随着先进材料和计算机技术的不断发展,以及航天技术和无人
机技术的广泛应用,空间光学系统的发展空间和前景越来越广泛。
一方面,随着大型天文望远镜、超大口径光学镜头以及高速、
高分辨率的遥感卫星和无人机的出现,光学成像质量得到了极大
的提升,相关数据的获取和处理也将更加智能化。
另一方面,随着针对小型化、轻量化、模块化和多传感器集成
等方面的技术研究的加强,空间光学系统的设计与实现也将更加
高效、快速、精准,从而更好地满足各方面需求。
总的来说,空间光学系统领域的发展具有广泛的前景及应用空间,必将为科技进步和人类社会的发展做出巨大贡献。
六、结语
本文主要介绍了空间光学系统的理论和技术研究,分析了其存在的意义和必要性,并探讨了其核心技术和未来的发展趋势。
希望这篇文章对于相关领域的科研人员和工程师提供一定的参考和帮助,更好地促进空间光学系统的发展与应用。