光学信息处理实验报告
实验十 透镜的FT 性质及常用函数与图形的光学频谱分析
一、实验目的：
1. 了解透镜对入射波前的相位调制原理
2. 加深对透镜复振幅传递函数透过率物理意义的认识（参见实验十一实验原理）
3. 应用光学频谱分析系统观察常见图形的傅里叶（FT ）频谱,加深空间频率域的概念
二、实验原理：
理论基础：波动方程、复振幅、光学传递函数
透镜由于本身厚度变化，使得入射光在通过透镜时，各处走过的光程不同，即所受时间延迟不同，因而具有位相调制能力，下图为简化分析，假设任意点入射的光线在透镜中的传播距离等于该点沿光轴方向透镜的厚度，并忽略光强损失，即通过透镜的
光波振幅分布不变，仅产生大小正比于透镜各点厚度的位相变化，透镜传递函数记为： t(x,y)=exp[j Φ(x,y)] （1） Φ(x,y)=kL(x,y)
L(x,y):表示光程MN
L(x,y)=nD(x,y)+[D 0-D(x,y)] （2）
D 0：透镜中心厚度。
D ：透镜厚度。 n ：透镜折射率。
可见只要知道透镜厚度函数D （x,y ）可得出其位相调制，在球面透镜傍轴区域，用抛物面近似球面，可得到球面透镜的厚度函数：
()(
)???
?
?
?-
+-
=21
22
0112
1,R R y x D y x D （3） R 1，R 2：构成透镜的两个球面的曲率半径。因此有
()()()()
???
??
????? ??-+--?=2122011211R R y x n jk exp jknD exp y ,x t （4） 引入焦距f ，其定义式为()????
??--=21
1111R R n f 代入（4）得： ()()(
)??
????+-=2
2
02y x f
k j exp jknD exp y ,x t
此即透镜位相调制的表达式。第一项位相因子仅表示透镜对于入射光波的常量位相延迟，不
影响位相的空间分布，即波面形状。第二项起调制作用的因子，它表明光波通过透镜时的位相延迟与该点到透镜中心的距离平方成正比。而且与透镜的焦距有关。其物理意义在于，当入射光波()1=y ,x u i 时
Q 1 D(x,y) M N
Q 2
D 0
分布为()()()(
)??
???
?+-==22
2y x f
k j
exp y ,x t *y ,x u y ,x u '
傍轴近似下，这是一个球面波，对于正透镜f>0,这是一个向透镜后方距离f 处的F 会聚的球
面波。对于负透镜f 〈0，这是一个由透镜前方距离|f |处的虚焦点F 发散的球面波。可见波面的变化正是透镜具有()
??
????+-22
2y x f k j
exp 的位相因子。当然，在非傍轴近似条件下，会有波像差。考虑透镜孔径后，
()(
)()y ,x p y x f
k j exp y ,x t ???
????+-=2
2
2
p(x 为透镜的光瞳函数
()其它
孔径内01,??
?=y x p
三、实验光路
1
2
3
5
6
7
8
9 10
24
23
20
19
14
送计算机
四、实验步骤：
1. 扩束
2. 在试件夹19中装入任一件FT 试件
3. 在FT 透镜20的焦面附近移动CMOS23，使成像清晰，锁定CMOS
4. 切换FT 试件，观测频谱，记录频谱图（参数：f=180mm ）
五、实验结果 （1）圆孔频谱图：
（2）士字频谱图
（3）网格频谱图
（4）狭缝频谱图
1．光学FT的特点是什么？
答: 光学FT 的特点是并行处理，大容量，过程简单，所需设备简单，以简单的光学元件代替了采集系统，计算机软件系统等复杂设备等特点。 2．光学FT 有什么应用领域？
答：光学FT 主要应用于高通、低通滤波器，卷积及解卷积，图象识别和处理、信息存储等
领域。
实验十一 4f 光学系统FT 及IFT 系统实验
一、实验目的：
1． 进一步掌握透镜的FT 性质，学习FT 光路的原理
2． 应用4f 光学FT 系统观察常见图样的反傅氏变换（IFT ）图像，并与FT 频谱和试件
图样比较 3． 观察渐晕效应
二、实验原理：
理论基础：衍射理论，角谱理论
透镜之所以能够做FT ，根本原因在于透镜的二次位相因子对入射波前起到位相调制作用。若以透镜后焦面为观察平面，物体相对于会聚透镜
0d 发生变化时，可以研究透镜的FT 性质。
图1表示物体紧靠透镜放置FT 光路，物体指透射型薄平面试片。采用振幅A 的单色平面波照明，为求出透镜后焦面上的光强分布U f ，须逐面求出透镜前后平面光场分布U l 、U l '（l 指lens ）设物体的复振幅透过率t （x ，y ），则有
),(),(y x t A y x U l ?= (1)
不计透镜孔径作用，透镜的复振幅透过率
(
)??
????+-=2
2
2exp ),(y x f
k j y x t l (2)
那么),(),(),(y x t y x U y x U l l l ?='
(3)
光波从透镜传播f 距离后，根据菲涅尔衍射公式
()
()
????????????+'?????
???+=
22222exp ),(2exp 1
),(y x f k j y x U y x f k j f j y x U l f f f f f π (4)
试片 t(x,y)
t l (x,y)
f U f
U l U l ’
图1
频率取值与后焦面坐标关系为：xf
y f xf
x f f y f x =
=
,，不计常量相位因子
将1，2，4式代入3式，得
()
),(2exp ),(22y x f f f f f f f T y x f k j f j A
y x u ???
????+=
λ (5)
式中{}),(),(y x f f f T y x ?=
式5表明，透镜后焦面上的光场分布正比于物体的FT ，其频率取值与后焦面坐标，其值是
xf
y f xf
x f f y f x =
=
,。
当然，由于变换式前存在位相因子()
??
????
+22
2exp f f y x f k j ，后焦面上的位相分布与物体
频谱的位相分布并不等同。但对光强响应型光电转换显示器件及目视效果来说，这一位相弯曲并无影响，所以
),(),(22
y x f f f f f T f
A
y x I ???
? ?
?=λ的物理意义在于其后焦面上光强分布，恰恰是物体的
功率谱。
图2表示物体放置在透镜前方d 0距离， 可推得
()
),(12exp ),(2
20y x f f f f f f f T y x f d f
k j
f j A y x U ???
????+???? ??-=λ (6)
可见后焦面上的复振幅分布仍然正比于物体的FT 。而变换式前面的二次位相因子使物
体频谱产生一个位相弯曲。
当d 0=0时，公式(6)与图1情况完全一致， 当d 0=f 时，公式(6)变为),(),(y x f f f f f T f
j A
y x U λ=
此时，位相弯曲效应消失，后焦面上光场分布是物体准确的FT 。这正是我们所用的FT 运算光路。
物体放置在透镜后方，后焦面上仍然得到物体的FT （相差一个二次位相因子）。当d=f 时，即物体紧靠透镜后表面时，与紧靠透镜前方放置效果一样。
若需要对所得的物体频谱),(y x f f T 利用透镜再作一次变换，例如物体频谱位于透镜前
U 0 t(x 0,y 0)
t l (x,y)
f
U f
U l U l ’ 图2
d 0
焦面，观察平面选在透镜后焦面，即x ’y ’平面。透镜的焦距不变。略去常系数，可以得到
??--=???
???+-?
??
? ??=)','()''(2exp ,)','(y x Ct dy dx y y x x f j f y f x T y x U f f f f f f λπλλ (7) 式中，C 为常数。于是连续两次变换的结果是在空间域还原一个物体，它是原物体的一个倒像。如果采用反射坐标系，即令x ”=-x,y ”=-y ，则
)","()","(y x Ct y x U =
(8)
此时，透镜的作用可看作是实现了对物体频谱的傅里叶反变换（IFT ）。
必须指出的是，当点光源位于有限距离，即采用球面波照明方式，透镜仍然可起FT 作用，频谱面位于光源的像面位置，而不再是后焦面上。另外，透镜孔径对FT 变换有影响。实质原因是对参与变换的频率成分有滤波作用，通低频，阻高频，产生渐晕效应。，孔径越大，越靠近物体，渐晕效应越小。
三、实验光路
1
2
3
5
6
7
8
9
10
28
26 24
25
23
20 19 14
送
计算机 27
四、实验步骤：
1. 扩束
2. 在试件夹19中装入任一件FT 试件
3. 在FT 透镜20的焦面附近移动CMOS23，使成像清晰，锁定23，同时锁定20
4. 使直角棱镜25（镀膜）转向虚线所示位置，微调直角棱镜28，60o方向，锁定，在试件
夹27上装上图像处理试片（IFT 不需装试片），微调FT 透镜20，观测计算机上IFT 图像和图像处理效果
5. 切换图像处理试件，观测计算机上不同的图像处理效果
6. 记录IFT 图像，结合实验结果，整理出试件图样、FT 图、IFT 图、滤波等处理效果图
五、实验记录
（1）圆孔FT变换及IFT变换
（2）士字FT变换及IFT变换
（3）网格FT变换及IFT变换
（4）狭缝FT变换及IFT变换
1.试画出4f的光学原理图。
2.指出4f系统中FT，IFT及滤波的原理。
答：来自光源的光经过透镜1L 变成平行光，经透明片1P 后携带物信息经透镜2L 完成傅里叶变换经过2P ，相当于空间滤波器的作用后，对物信息的频谱进行相应处理，经过透镜3L 进行IFT 变换，成像在焦平面上。
3. 说出4f 有几种可能的应用场合。
答：空间滤波器，图象处理，相衬显微镜。
实验十二 图像信息处理的光学实现
一、实验目的：
利用4f 光学系统进行频谱分析和滤波
二、实验原理：
大多数光学系统都是线性系统，即系统传递函数具有线性。利用这一性质，可以对透镜焦平面上形成的光分布进行简单操作，取舍分离，而
实现滤波和选择性滤波。
选择性滤波原理：
对于2维频谱面，较小的f x ，f y 值域对应低
频，较大的对应高频。常见的高通滤波，低通滤
波就是在低频区或高频区加屏蔽光阑。如果事先获得某试片的频谱照相负片，而预先把它从噪声中提取出来，就可以用该负片作滤波器实现图像提取。
三、实验光路
同实验十一
一、 实验步骤
1． 扩束
2． 在试件夹19中装入待处理图像试件
3． 在FT 透镜21的焦面附近移动CMOS23，使成像清晰，锁定23，同时锁定21 4． 使直角棱镜25转向虚线所示位置，调整直角棱镜28，并锁定，然后微调FT 透镜
26，观测计算机上IFT 图像
5． 依次在频谱面（试件夹27）上装上不同的滤波片（低通，高通，带状薄波片，光栅
等），依次观察不同的滤波效果图
6． 记录IFT 图像，结合实验结果，整理出试件图样、FT 图、IFT 图、滤波等处理效果
图
五、实验记录
士字频谱图及高通滤波后的效果图
FT 加光孔滤波
加光屏滤波
IFT IFT
士字频谱图及低通滤波后的效果图
六、思考题
1. 图像照片中怎样区分低频噪声及高频噪声（即视频差异）？
答：低频噪声相当于背景，对应于图像中变化平缓的部分。而高频噪声相当于细节，相对于图像中变化剧烈的部分。图像经过光学傅里叶变换处理，在频谱面上，低频部分分布在中间区域，而高频部分分布在边缘部分，可以通过滤波器进行区分。
2. 用小孔滤波有什么优缺点，受什么限制？
答：小孔滤波简单方便，成本低，设备简单，可以在改善光束质量的同时，不会明显降低光场的光强，即没有明显的能量损失，能方便快速实现低通滤波。滤波孔的尺寸容易对光束质量产生影响。
3. 试比较光学图像处理与数字图像处理（计算机处理）的原理差别及优缺点。
答：光学图像处理是基于透镜的傅里叶变换的原理，通过控制滤波片的传递函数对图像的频谱进行处理，以实现各种功能的滤波和变换。而数字图像处理则是通过取样和量化将一个以自然形式存在的图像转换为适合计算机处理的数字形式，图像在计算机内部被表示为一个数字矩阵，矩阵中每一个元素称为像素，之后经过编码、增强、恢复等处理最终保存成数
字或者图像的形式。
数字图像处理其优点是处理精度高，处理内容丰富，可进行复杂的非线性处理，有灵活的变通能力，一般来说只要改变软件就可以处理内容。缺点主要表现在处理速度上，特别是进行复杂的处理。光学图像处理并行处理，信息量大，处理速度非常快，整体变换结构和处理过程都很简单。但是光学图像处理灵活性不够，因为每种处理方式对应一种滤波片。
光传输实验报告
学校代码： 10128 学号：xxxxx 专题设计实验报告 题目：光纤通信实验 学生姓名：X X X X 专业：X X X X 班级：X X X X 指导教师：X X X 二〇二〇年五月
实验一SDH 网元基本配置 一、实验目的： 通过本实验，了解 SDH 光传输的原理和系统组成，了解 ZXMP S325 设备的硬件构成和单板功能，学习ZXONM 300 网管软件的使用方法，掌握 SDH 网元配置的基本操作。 二、实验器材： 1、SDH 设备：3 套 ZXMP 325； 2、实验用维护终端。 三、实验原理 1、SDH 原理 同步数字体制（SDH）是为高速同步通信网络制定的一个国际标准，其基础在于直接同步复用。按照SDH 组建的网络是一个高度统一的、标准化的、智能化的网络，采用全球统一的接口以实现多环境的兼容，管理操作协调一致，组网与业务调度灵活方便，并且具有网络自愈功能，能够传输所有常见的支路信号，应用于多种领域（如光纤传输，微波和卫星传输等）。 SDH 具有以下特点： （1）接口：接口的规范化是设备互联的关键。SDH 对网络节点接口（NNI）作了统一的规范，内容包括数字信号数率等级、帧结构、复接方法、线路接口、监控管理等。 电接口： STM-1 是 SDH 的第一个等级，又叫基本同步传送模块，比特率为 155.520Mb/s；STM-N 是 SDH 第 N 个等级的同步传送模块，比特率是STM-1 的 N 倍(N=4n=1，4，16，- - -)。
光接口：采用国际统一标准规范。SDH 仅对电信号扰码，光口信号码型是加扰的 NRZ码，信号数率与SDH 电口标准信号数率相一致。 (2)复用方式 a）低速 SDH----高速 SDH，字节间插； b) 低速 PDH-----SDH，同步复用和灵活的映射。 (3) 运行维护:用于运行维护（OAM）的开销多，OAM 功能强——这也是线路编码不用加冗余的原因. (4)兼容性:SDH 具有很强的兼容性，可传送 PDH 业务，异步转移模式信号（ATM）及其他体制的信号。 (5) SDH 复用映射示意图如图1-1所示 图1-1 SDH 复用映射示意图 （6） SDH 体制的缺陷 a)频带利用率低 b)指针调整机理复杂，并且产生指针调整抖动 c)软件的大量使用对系统安全性的影响 2、城域传输网的层次 基于 SDH 多业务节点设备满足如下图所示从核心层、汇聚层到接入层的所有应用，可为用户提供城域网整体解决方案。
现代光电信息处理技术样本
1、 在空域中, 如何利用d 函数进行物光场分解。( 5分) 答: 根据δ函数的筛选性质, 任何输入函数都能够表示为 ()()()ηξηξδηξd d y x f y x f 1??∞ ∞-111--=,,, 上式表明, 函数()1y x f 1, 能够分解成为在1y x 1, 平面上不同位置处无穷多个δ函数的线性组合, 系数()ηξ,f 为坐标位于()ηξ, 处的δ函数在叠加时的权重。函数()1y x f 1,经过系统后的输出为 () ()()??????--=??∞∞-112ηξηξδηξd d y x f y x g 2,,,L 根据线性系统的叠加性质, 算符{} L 与对基元函数积分的顺序能够交换, 即可将算符{} L 先作用于各基元函数, 再把各基元函数得到的响应叠加起来 ()()(){}ηξηξδηξd d y x f y x g 2??∞ ∞-112--=,, ,L ( 1.4) (){ }ηξδ--11y x ,L 的意义是物平面上位于()ηξ, 处的单位脉冲函数经过系统后的输出, 可把它定义为系统的脉冲响应函数( 图1.3) ()(){}ηξδηξ--=112y x y x h 2,,; ,L ( 1.5) 2、 卷积与相关各表示什么意义? 在运算上有什么差异? ( 5分) 答: 函数()y x g ,和()y x h ,的卷积定义为 ()()()()ηd ξd ηy ξx h ηξg y x h y x g ??∞ ∞---=*,,,, 则 ()(){}()()y x y x f f H f f G y x h y x g ,,,,F ?=* 即空间域中两个函数的卷积的傅里叶变换等于它们对应傅里叶变换的乘积。另一方面有
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
数字图像处理实验报告
数字图像处理实验报告 实验一数字图像基本操作及灰度调整 一、实验目的 1)掌握读、写图像的基本方法。 2)掌握MATLAB语言中图像数据与信息的读取方法。 3)理解图像灰度变换处理在图像增强的作用。 4)掌握绘制灰度直方图的方法，理解灰度直方图的灰度变换及均衡化的方 法。 二、实验内容与要求 1.熟悉MATLAB语言中对图像数据读取，显示等基本函数 特别需要熟悉下列命令：熟悉imread()函数、imwrite()函数、size()函数、Subplot（）函数、Figure（）函数。 1)将MATLAB目录下work文件夹中的forest.tif图像文件读出.用到imread， imfinfo 等文件，观察一下图像数据，了解一下数字图像在MATLAB中的处理就是处理一个矩阵。将这个图像显示出来（用imshow）。尝试修改map颜色矩阵的值，再将图像显示出来，观察图像颜色的变化。 2)将MATLAB目录下work文件夹中的b747.jpg图像文件读出，用rgb2gray() 将其 转化为灰度图像，记为变量B。 2.图像灰度变换处理在图像增强的作用 读入不同情况的图像，请自己编程和调用Matlab函数用常用灰度变换函数对输入图像进行灰度变换，比较相应的处理效果。 3.绘制图像灰度直方图的方法，对图像进行均衡化处理 请自己编程和调用Matlab函数完成如下实验。 1)显示B的图像及灰度直方图，可以发现其灰度值集中在一段区域，用 imadjust函 数将它的灰度值调整到[0，1]之间，并观察调整后的图像与原图像的差别，调整后的灰
度直方图与原灰度直方图的区别。 2) 对B 进行直方图均衡化处理，试比较与源图的异同。 3) 对B 进行如图所示的分段线形变换处理，试比较与直方图均衡化处理的异同。 图1.1 分段线性变换函数 三、实验原理与算法分析 1. 灰度变换 灰度变换是图像增强的一种重要手段，它常用于改变图象的灰度范围及分布，是图象数字化及图象显示的重要工具。 1) 图像反转 灰度级范围为[0, L-1]的图像反转可由下式获得 r L s --=1 2) 对数运算：有时原图的动态范围太大，超出某些显示设备的允许动态范围， 如直接使用原图，则一部分细节可能丢失。解决的方法是对原图进行灰度压缩，如对数变换： s = c log(1 + r )，c 为常数，r ≥ 0 3) 幂次变换： 0,0,≥≥=γγc cr s 4) 对比拉伸：在实际应用中,为了突出图像中感兴趣的研究对象，常常要求 局部扩展拉伸某一范围的灰度值，或对不同范围的灰度值进行不同的拉伸处理，即分段线性拉伸： 其对应的数学表达式为：
光通信实验报告
竭诚为您提供优质文档/双击可除 光通信实验报告 篇一：光通信实验报告 信息与通信工程学院 光纤通信实验报告 班姓学 级：名：号： 班内序号：17 日 期：20XX年5月 一、oTDR的使用与测量 1、实验原理 oTDR使用瑞利散射和菲涅尔反射来表征光纤的特性。瑞利散射是由于光信号沿着光纤产生无规律的散射而形成。oTDR就测量回到oTDR端口的一部分散射光。这些背向散射信号就表明了由光纤而导致的衰减（损耗/距离）程度。形成的轨迹是一条向下的曲线，它说明了背向散射的功率不断减小，这是由于经过一段距离的传输后发射和背向散射的信
号都有所损耗。 给定了光纤参数后，瑞利散射的功率就可以标明出来，如果波长已知，它就与信号的脉冲宽度成比例：脉冲宽度越长，背向散射功率就越强。瑞利散射的功率还与发射信号的波长有关，波长较短则功率较强。也就是说用1310nm信号产生的轨迹会比1550nm信号所产生的轨迹的瑞利背向散射要高。 在高波长区（超过1500nm），瑞利散射会持续减小，但另外一个叫红外线衰减（或吸收）的现象会出现，增加并导致了全部衰减值的增大。因此，1550nm是最低的衰减波长；这也说明了为什么它是作为长距离通信的波长。很自然，这些现象也会影响到oTDR。作为1550nm波长的oTDR，它也具有低的衰减性能，因此可以进行长距离的测试。而作为高衰减的1310nm或1625nm波长，oTDR的测试距离就必然受到限制，因为测试设备需要在oTDR轨迹中测出一个尖锋，而且这个尖锋的尾端会快速地落入到噪音中。 菲涅尔反射是离散的反射，它是由整条光纤中的个别点而引起的，这些点是由造成反向系数改变的因素组成，例如玻璃与空气的间隙。在这些点上，会有很强的背向散射光被反射回来。因此，oTDR就是利用菲涅尔反射的信息来定位连接点，光纤终端或断点。 oTDR的工作原理就类似于一个雷达。它先对光纤发出一
武汉科技大学 数字图像处理实验报告
二○一四～二○一五学年第一学期电子信息工程系 实验报告书 班级：电子信息工程（DB）1102班姓名 学号： 课程名称：数字图像处理 二○一四年十一月一日
实验一图像直方图处理及灰度变换（2学时） 实验目的： 1. 掌握读、写、显示图像的基本方法。 2. 掌握图像直方图的概念、计算方法以及直方图归一化、均衡化方法。 3. 掌握图像灰度变换的基本方法，理解灰度变换对图像外观的改善效果。 实验内容： 1. 读入一幅图像，判断其是否为灰度图像，如果不是灰度图像，将其转化为灰度图像。 2. 完成灰度图像的直方图计算、直方图归一化、直方图均衡化等操作。 3. 完成灰度图像的灰度变换操作，如线性变换、伽马变换、阈值变换（二值化）等，分别使用不同参数观察灰度变换效果（对灰度直方图的影响）。 实验步骤： 1. 将图片转换为灰度图片,进行直方图均衡，并统计图像的直方图： I1=imread('pic.jpg'); %读取图像 I2=rgb2gray(I1); %将彩色图变成灰度图 subplot(3,2,1); imshow(I1); title('原图'); subplot(3,2,3); imshow(I2); title('灰度图'); subplot(3,2,4); imhist(I2); %统计直方图 title('统计直方图'); subplot(3,2,5); J=histeq(I2); %直方图均衡 imshow(J); title('直方图均衡'); subplot(3,2,6); imhist(J); title('统计直方图');
原 图 灰度图 01000 2000 3000统计直方图 100200直方图均衡 0统计直方图 100200 仿真分析： 将灰度图直方图均衡后，从图形上反映出细节更加丰富，图像动态范围增大，深色的地方颜色更深，浅色的地方颜色更前，对比更鲜明。从直方图上反应，暗部到亮部像素分布更加均匀。 2. 将图片进行阈值变换和灰度调整，并统计图像的直方图： I1=imread('rice.png'); I2=im2bw(I1,0.5); %选取阈值为0.5 I3=imadjust(I1,[0.3 0.9],[]); %设置灰度为0.3-0.9 subplot(3,2,1); imshow(I1); title('原图'); subplot(3,2,3); imshow(I2); title('阈值变换'); subplot(3,2,5); imshow(I3); title('灰度调整'); subplot(3,2,2); imhist(I1); title('统计直方图'); subplot(3,2,4);
光全息照相实验报告
实验报告实验三十四全息照相 物理学院1300061311 二下 6 组 03 号 2015.4.15 一. 实验目的 1?了解全息照相的基本原理； 2?学习全息照相的实验技术，拍摄合格的全息图; 3 ?了解摄影暗室技术. 二. 实验仪器 光学平台，He-Ne 激光器及电源，快门及定时曝光器，扩束透镜，反射镜和 分束器，光功率计，全息底片，被摄物体，显微镜，暗室技术使用的设备. 三. 实验原理 全息照相中所记录和重现的是物光波前的振幅和相位，即全部信息，这是全 息照相名称的山来?但是，感光乳胶和一切光敬元件都是“相位盲S 不能直接记 录相位?必须借助于一束相干参考光，通过拍摄物光和参考光的干涉条纹，间接 记录下物光的振幅和相位?直接观察拍好的全息图，看不到像?只有照明光按一定 方向照在全息图上，通过全息图的衍射，才能重现物光波前，使我们看到物的立 体像?故全息照相包括波前的全息记录和重现两部分内容。下面是透射式全息照 相原理。 1?全息记录 如果将物光和参考光的干涉条纹用感光底片记录下来，那就记录了底片所在位 置物光波前的振幅和相位 物光一点发出的球面波波前： 〃0（如刃=人（忑y ）exp ［诫）（兀y ）］ 参考光波前： 则底片上总复振幅: 光强分布： Ig) = UU 感光底片在曝光后经显影和定影等暗室技术处理，成为全息图?适当控制曝光 量及显影条件，可以使全息图的振幅透过率:与曝光量E （正比于光强1）成线性关 系，即 心,刃=山一例（九y ） ? 2兀 匕(兀 y) = A r exp[/ — ysina] Ug y) = U Q (x.y)+U r (x, y)
光电信息处理技术复习考试题
长春理工大学光电信息处理技术考试复习题 1、人眼感受到的电磁波谱分布是0.01-1000μm或从3×102Hz- 3×107 Hz。 2、说出紫外光区、红外光区、可见光区的波长范围。 3、辐射的传播服从几何光学定律： 4、说明下列典型光学元器件的作用及特点。 ①透镜元器件(成像) ②反射元器件(改变光的方向) ③其他元器件 5、简述光调制的方法。各举一个具体的例子。 6、简述LED的特性及典型驱动电路。 7、简述半导体激光器的激光器稳定工作条件。 8、简述半导体激光器的特性。 9、简述LD的典型应用。 10、液晶显示器的驱动 11、简述液晶显示器的特点及应用。 12、简述CRT的优缺点。 13、简述光电信息转换的四种基本原理。 简述常用光电信息转换器件的名称、原理、主要特性和实用输出电路。15、光敏电阻有以下优点： 16、画出光敏电阻的恒流偏置电路与恒压偏置电路。
17、光电池的开路电压与照度L是什么关系？短路电流与照度L成什么关系？当光电池作为测量元件时，应以什么的形式来使用？ 18、发光二极管工作时加正向还是反向电压?它输出的光强由什么控制?发光二极管和光敏二极管电路中的电阻及各起什么作用? 19、PIN管和APD管的频率特性为什么比普通的光敏二极管好? 20、热电探测器与光电探测器比较，在原理上有何区别? 21、试设计一个实用的光电检测或光电控制装置，要求： (1)大胆想象，有创新意识，又有实用价值。 (2)叙述原理，画出原理框图。 (3)画出电子线路图，不能画出部分用框图代替。 (4)叙述提高测量精度或防干扰措施。 22、叙述CCD的工作的基本原理及典型CCD输出信号的处理方式。 23、画出用线阵CCD测量工件直径的结构示意图，叙述CCD测量的原理，画出CCD测量的原理框图。如何提高测量精度？大直径测量怎样实现？ 24、画出用线阵CCD测量运动热钢板长度的结构示意图，叙述CCD测长的原理，画出CCD测长的原理框图。画出测量时CCD输出信号的波形，并设计出供计数器计数的放大比较整形电路。
图像处理实验报告
实验报告 实验课程名称：数字图像处理 班级：学号：姓名： 注：1、每个实验中各项成绩按照10分制评定，每个实验成绩为两项总和20分。 2、平均成绩取三个实验平均成绩。 2016年 4 月18日
实验一 图像的二维离散傅立叶变换 一、实验目的 掌握图像的二维离散傅立叶变换以及性质 二、实验要求 1) 建立输入图像，在64?64的黑色图像矩阵的中心建立16?16的白色矩形图像点阵， 形成图像文件。对输入图像进行二维傅立叶变换，将原始图像及变换图像（三维、中心化）都显示于屏幕上。 2) 调整输入图像中白色矩形的位置，再进行变换，将原始图像及变换图像（三维、中 心化）都显示于屏幕上，比较变换结果。 3) 调整输入图像中白色矩形的尺寸（40?40，4?4），再进行变换，将原始图像及变 换图像（三维、中心化）都显示于屏幕上，比较变换结果。 三、实验仪器设备及软件 HP D538、MATLAB 四、实验原理 傅里叶变换作为分析数字图像的有利工具，因其可分离性、平移性、周期性和共轭对称性可以定量地方分析数字化系统，并且变换后的图像使得时间域和频域间的联系能够方便直观地解决许多问题。实验通过MATLAB 实验该项技能。 设),(y x f 是在空间域上等间隔采样得到的M ×N 的二维离散信号，x 和y 是离散实变量，u 和v 为离散频率变量，则二维离散傅里叶变换对一般地定义为 ∑∑ -=-=+-= 101 )],( 2ex p[),(1 ),(M x N y N yu M xu j y x f MN v u F π,1,0=u …，M-1；y=0，1，…N-1 ∑∑-=-=+=101 )],( 2ex p[),(),(M x N y N uy M ux j v u F y x f π ,1,0=x …，M-1；y=0，1，…N-1 在图像处理中，有事为了讨论上的方便，取M=N ，这样二维离散傅里叶变换对就定义为 ,]) (2ex p[),(1 ),(101 ∑∑ -=-=+- = N x N y N yu xu j y x f N v u F π 1,0,=v u …，N-1 ,]) (2ex p[ ),(1 ),(101 ∑∑-=-=+= N u N v N vy ux j v u F N y x f π 1,0,=y x ，…，N-1 其中，]/)(2exp[N yv xu j +-π是正变换核，]/)(2exp[N vy ux j +π是反变换核。将二维离散傅里叶变换的频谱的平方定义为),(y x f 的功率谱，记为 ),(),(|),(|),(222v u I v u R v u F v u P +== 功率谱反映了二维离散信号的能量在空间频率域上的分布情况。 五、实验步骤、程序及结果： 1、实验步骤： （1）、编写程序建立输入图像； （2）、对上述图像进行二维傅立叶变换，观察其频谱 （3）、改变输入图像中白框的位置，在进行二维傅里叶变换，观察频谱；
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 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 数 字 图 像 实 验 报 告 学院：计算机与信息工程学院 专业：通信工程 学号：1008224072 姓名：张清峰 实验一图像增强—灰度变换 专业：通信工程学号：1008224072姓名：张清峰 一、实验目的： 1、了解图像增强的目的及意义，加深对图像增强的感性认识，巩固所学理论知识。 2、学会对图像直方图的分析。 3、掌握直接灰度变换的图像增强方法。 二、实验原理及知识点 术语‘空间域’指的是图像平面本身，在空间与内处理图像的方法是直接对图像的像素进行处理。空间域处理方法分为两种：灰度级变换、空间滤波。空间域技术直接对像素进行操作其表达式为 g(x,y)=T[f(x,y)] 其中f(x,y)为输入图像，g(x,y)为输出图像，T是对图像f进行处理的操作符，定义在点(x,y)的指定领域内。 定义点(x,y)的空间邻近区域的主要方法是，使用中心位于(x,y)的正方形或长方形区域，。此区域的中心从原点(如左上角)开始逐像素点移动，在移动的同时，该区域会包含不同的领域。T应用于每个位置(x,y)，以便在该位置得到输出图像g。在计算(x,y)处的g值时，只使用该领域的像素。 灰度变换T的最简单形式是使用领域大小为1×1，此时,(x,y)处的g值仅由f 在该点处的亮度决定，T也变为一个亮度或灰度级变化函数。当处理单设(灰度)图像时，这两个术语可以互换。由于亮度变换函数仅取决于亮度的值，而与(x,y)无关，所以亮度函数通常可写做如下所示的简单形式： s=T(r) 其中，r表示图像f中相应点(x,y)的亮度，s表示图像g中相应点(x,y)的亮度。 三、实验内容： 1、图像数据读出 2、计算并分析图像直方图 3、利用直接灰度变换法对图像进行灰度变换 下面给出灰度变化的MATLAB程序 f=imread('C:\ch17\tu\6.jpg'); g=imhist(f,256); imshow(g) %显示其直方图 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 课题光学图像信息处理 1．了解光学图像信息处理的基本理论和技术 教学目的 2．掌握光的衍射、光学傅里叶变换、频谱分析及频谱滤波的原 理和技术。 重难点 1．光具组各元件的共轴调节； 2．傅里叶变换原理的理解。 教学方法讲授、讨论、实验演示相结合。 学时 3个学时 一、前言 光学信息处理技术是近20年多来发展起来的新的研究领域，在现代光学中占有重要的位置。光学信息处理可完成对二维图像的识别、增强、恢复、传输、变换、频谱分析等。从物理光学的角度，光学信息处理是基于傅里叶变换和光学频谱分析的综合技术，通过在空域对图像的调制或在频域对傅里叶频谱的调制，借助空间滤波的技术对光学信息进行处理。 二、实验仪器 黑白胶片、白光光源、聚光镜、小孔滤波器、准直镜、黑白编码片框架、傅氏变换透镜、频谱滤波器、场镜、CCD彩色摄像机、彩色监视器、白屏等。 三、实验原理 光学信息处理的理论基础是阿贝（Abbe）二次衍射成像理论和著名的阿贝－波特（Abbe－Porter）实验。阿贝成像理论认为，物体通过透镜成像过程是物体发出的光波经物镜，在其后焦面上产生夫琅和费衍射的光场分布，即得到第一次衍射的像（物的傅里叶频谱）；然后该衍射像作为新的波源，由它发出次波在像面上干涉而构成物体的像，称为第二次衍射成像，如图1所示。 进一步解释，物函数可以看作由许多不同空间频率的单频（基元）信息组成，夫琅和费衍射将不同空间频率信息按不同方向的衍射平面波输出，通过透镜后的不同方向的衍射平面波分别汇聚到焦平面上不同的位置，即形成物函数的傅里叶变换的频谱，频谱面上的光场分布与物函数(物的结构)密切相关。不难证明，夫琅和费衍射过程就是傅里叶变换过程，而光学成像透镜即能完成傅立叶变换运算，称傅里叶变换透镜。 阿贝成像理论由阿贝－波特实验得到证明：物面采用正交光栅（网格状物），用平行单色光照明，在频谱面放置不同滤波器改变物的频谱结构，则在像面上可得到物的不同的像。实验结果表明，像直接依赖频谱，只要改变频谱的组份，便能改变像。这一实验过程即为光学信息处理的过程，如图2所示。 如果对物或频谱不进行任何调制（改变），物和像是一致的，若对物函数或频谱函数进行调制处理，由图2所示的在频谱面采用不同的频谱滤波器，即改变了频谱则会使输出的像发生改变而得到不同的输出像，实现光学信息处理的目的。 中南民族大学 计算机科学学院 数字图像处理实验报告年级 专业计算机科学与技术 指导教师 学号 姓名 实验类型综合型 2012年6月5日 一、实验安排 1.实验目的 加深对数字图像处理理论课程的理解,进一步熟悉数字图像处理课程的相关算法和原理。 2.实验内容 实验一：略（放假） 实验二： （1）选择一副图像,叠加椒盐噪声,分别用邻域平均法和中值滤波法对该图像进行滤波,显示滤波后的图像,比较和分析各滤波器的效果。 （2）选择一副图像,叠加零均值高斯噪声,设计一种处理方法,既能去噪声,又能保持边缘清晰。 3.实验环境 Matlab7 二、算法原理 领域平均法有力地抑制了噪声,同时也引起了模糊,模糊程度与领域半径成正比。 中值滤波是一种非线性平滑滤波,在一定的条件下可以克服线性滤波如（平滑滤波）等所带来的图像细节模糊问题,而且对过滤脉冲干扰及图像扫描噪声非常有效。但对某些细节多（特别是点,线,尖顶）的图像不宜采用中值滤波方法。中值滤波是用一个有奇数点的滑动窗口,将窗口中心点的值用窗口各点的中值代替。中值滤波器不像平滑滤波器那样使图像边界模糊,它在衰减噪声的同时,保持了图像细节的清晰。 三、Matlab代码 （1）a.叠加椒盐噪声,用邻域平均法对该图像进行滤波 I=imread('eight.jpg'); J=imnoise(I,'salt & pepper',0.02); subplot(231),imshow(I);title('原图象'); subplot(232),imshow(J);title('添加椒盐噪声图象'); k1=filter2(fspecial('average',3),J); k2=filter2(fspecial('average',5),J); k3=filter2(fspecial('average',7),J); k4=filter2(fspecial('average',9),J); subplot(233),imshow(uint8(k1));title('3*3模版平滑滤波'); subplot(234),imshow(uint8(k2));title('5*5模版平滑滤波'); subplot(235),imshow(uint8(k3));title('7*7模版平滑滤波'); subplot(236),imshow(uint8(k4));title('9*9模版平滑滤波'); b.叠加椒盐噪声,用中值滤波法对该图像进行滤波 I=imread('eight.tif'); I=imread('eight.tif'); J=imnoise(I,'salt & pepper',0.02); subplot(231),imshow(I);title('原图象'); subplot(232),imshow(J);title('添加椒盐噪声图象') k1=medfilt2(J); k2=medfilt2(J,[5 5]); k3=medfilt2(J,[7 7]); k4=medfilt2(J,[9 9]); subplot(233),imshow(k1);title('3*3模板中值滤波'); subplot(234),imshow(k2);title('5*5模板中值滤波'); subplot(235),imshow(k3);title('7*7模板中值滤波'); subplot(236),imshow(k4);title('9*9模板中值滤波'); 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和理论的理解，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是物函数的严格的傅立叶变点是光路简单，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：透镜的成像过程可看作是两次傅里叶变换，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=）. 光路：直角三棱镜→望远镜（倒置）（出射应是平行光）→小透镜→屏。（思考：如何测焦距） 夫琅和费衍射： 光路：直角三棱镜→光栅→墙上布屏（此光路满足远场近似） （1）利用夫琅和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和求光栅常数的方法。（卷尺可向老师索要） 记录一维光栅的衍射图样、可看到哪些级记录 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，一根针扎空来制作，也可用其他方法）. a.滤波模板只让 0级通过; 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)光学信息处理讲义
数字图像实验报告讲解
光学仪器实验报告
光学图像信息处理
图像处理实验报告.doc
傅立叶光学实验报告
MATLAB编程用两种方法模拟光学实验