基于GUI的阿贝-波特滤波实验的计算机仿真

介绍了阿贝-波特空间滤波的实验原理,在Matlab环境下建立了带有图形用户界面（GUI）的计算机仿真平台.不仅可以准确地完成针对不同输入图像、不同滤波要求的滤波过程,还可以通过调整滤波器参数观察滤波效果的差异,形象地展现光学空间滤波过程的物理本质,提高教学效果.     

阿贝成像原理和空间滤波实验

"阿贝成像原理和空间滤波"是北京大学"普通物理实验"课程的传统实验,其目的是引导学生通过实验学习光学傅里叶变换以及空间频率、空间频谱和空间滤波等相关概念,探究光学成像和光学信息处理的基本原理、实验技术与方法.此实验涉及丰富的实验现象和物理与数学的综合知识,教学上颇具挑战性.本文利用显微成像的波动光学理论阐述阿贝成像原理,并配置相应的实验内容、技术方法和可以扩展的实际应用,希望从深度和广度上综合把握该实验的教学,以便引导学生的自主性实验探究.     

Matlab在光学信息处理仿真实验中的应用

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 .     

光学空间滤波过程的计算机仿真

提出了一种利用MATLAB软件并通过计算机仿真光学空间滤波实验过程的新方法.其特点是:既可以随意改变所设计滤波器的参量,又可以对输入图象进行振幅、相位或复合滤波,并且可实现傅里叶变换频谱中相位信息的提取、存储和利用,因而能够完成一般光学实验中往往难以实现的某些操作.并分别给出了网格滤波、低通、高通及相位滤波等仿真实验结果.这种仿真实验给光学滤波器的设计和图象处理带来很大方便,同时也为相关器件的设计提供了一条新的途径.     

基于Matlab的空间滤波实验的计算机仿真

利用阿贝-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形进行光学信息处理。在此基础上,通过Matlab环境编写程序完成阿贝-波特实验的物理模型的构建并进行计算机模拟实验。     

用各向异性空间滤波法做的各向同性希尔伯特变换

我们提出一种用光学方法得到各向同性希尔伯特变换的空间滤波技术。空间滤波器是各向异性的。这里报导了实验结果。     

基于Mathematica6.0的空间滤波实验演示

利用Mathdmatica 6.0的图像、动画功能演示了空间滤波实验.通过调用Mathematica 6.0中的Manipulate操作命令调节所设计滤波器的参数,演示了不同输入图像空间滤波后的成像效果,形象地展现了光学信息处理过程的物理本质.     

光学虚拟实验系统研究

采用MATLAB技术,结合光学实验教学内容的特点,利用面向对象的方法开发构建了光学虚拟实验系统。该系统具有操作简单、界面直观、实验快速实施等特点。以空间滤波实验和偏振光实验为例,给出了设计思想和相应的仿真实现结果。学生通过对实验系统的操作,可以很快地掌握实验原理、内容和实验特点。该系统作为传统光学实验教学的补充,能够完成一般光学实验中难以实现的实验操作,使复杂的实验操作变得直观生动,提高了光学实验教学的效果,同时也为相关实验系统的设计研发提供了一条新的途径。     

空间目标TLE天基光学混合状态SPKF拟合方法

针对天基光学监视应用中空间目标两行轨道根数拟合估计问题,通过引入UT变换和混合状态空间,将简化的常规摄动预测模型嵌入跟踪滤波过程,提出两行轨道根数拟合估计的天基光学混合状态Sigma点卡尔曼滤波方法.仿真结果表明,该方法可利用仅测角观测资料实现对空间碎片等非合作目标的两行轨道根数序贯滤波拟合估计.     

空间目标TLE天基光学混合状态SPKF拟合方法

针对天基光学监视应用中空间目标两行轨道根数拟合估计问题,通过引入UT变换和混合状态空间,将简化的常规摄动预测模型嵌入跟踪滤波过程,提出两行轨道根数拟合估计的天基光学混合状态Sigma点卡尔曼滤波方法.仿真结果表明,该方法可利用仅测角观测资料实现对空间碎片等非合作目标的两行轨道根数序贯滤波拟合估计.     

θ调制板的改进

θ调制板是光学“空间滤波”实验中的重要器件。目前,多数院校采用“天安门”图样,把它置于白光源的阿贝成象光路中(作物),经滤波后象面可得兰天、红楼、绿地的彩色图象,如图1所示。我们作如下改进后,不仅可以演示光学空间滤波,同时能演示彩色混合,在教学上收到一举两得的效果。自然学生对此实验的兴趣更浓。     

利用Matlab GUI实现光学信息处理教学实验的动态模拟

以“空间频谱的观察与分析”和“空间滤波”两个实验为例,利用Matlab及其图形用户界面(GUI)模块设计模拟实验,实现光学信息处理教学实验的动态模拟,不仅可以方便地在课堂上进行演示,使演示实验与理论讲解能够灵活地穿插进行,而且能通过现场调节实验参数、动态显示实验结果、分析实验参数影响等环节加深学生对相关概念和原理的理解,对提高光学信息处理课程的教学效果起到很好的辅助作用.     

光学读出非制冷红外成像技术的光学灵敏度分析

不同于传统的非制冷红外成像技术,提出了基于微电子机械系统(MEMS)的新概念光学读出非制冷红外成像技术。它的光学读出系统基于空间刀口滤波原理,具有高灵敏度、高分辨率和高抗震性等优点,但同时也受到了反光板的弯曲变形、粗糙度等复杂因素的影响。在大量实验数据的基础上,利用夫琅禾费近场衍射理论,建立了复杂因素下光学灵敏度的理论分析模型,详细分析了刀口滤波位置、反光板的长度、曲率半径、粗糙度、LED光源的强度以及扩展宽度等对光学灵敏度的影响,并提出了通过极限操作使系统的光学灵敏度最大化的光学优化方法。     

高斯光束的4F光学系统空间滤波效应模拟与实验验证

以频谱的傅立叶变换与空间滤波理论为基础,对高斯光束经过4F光学系统的空间滤波后光强、相位调制进行了理论分析;利用MATLAB数学软件模拟了"光"字屏经过4F系统频谱面高通、低通滤波后形成的图像;自行设计微分屏,通过改变衍射光的相位实现了边缘增强的动态效果模拟,实验现象与以上模拟结果完全吻合。理论模拟可以生动、深入地揭示高斯光束在4F光学系统中傅立叶变换与空间滤波物理内涵,其模拟方法与效果展示可以为功能型滤波器的设计提供参考。     

基于二相滤波的可重构光学物理不可克隆函数设计

通过研究光学散斑提出一种二相滤波的可重构光学物理不可克隆函数设计方案.首先利用微粒空间布朗运动引起的随机偏差,结合光干涉和衍射机理,实现随机、不可克隆的光学散斑;然后,采用模式选择和二相滤波的方法,实现物理不可克隆函数数据可重构并降低系统误差;最后,通过电荷耦合器件系统采集光学散斑图像,进行二值化和冯诺依曼处理,实现随机性高、鲁棒性强和可重构的物理不可克隆函数输出.制备了10组光学物理不可克隆函数样品并进行测试,每组样品可产生512位二进制数据.实验结果表明所设计的光学物理不可克隆函数输出数据通过美国国家标准技术研究测试,不同工作模式下随机性达99%,二相滤波后系统误差降低3%.     

液晶光阀实时图像变换实验的新内容

以网格状物体为例。介绍了空间滤波的原理；以计算傅里叶变换全息为例，介绍了罗曼Ⅲ型和李奇型2种编码原理．利用液晶光阀图像变换光学系统进行了空间滤波实验以及计算全息图的光学模拟再现实验．实验结果与计算机仿真结果相吻合．在原液晶光阀实时图像变换实验中增加了空间滤波和计算全息2个新内容，使原实验的教学内容得到扩展．     

基于线阵CCD空间滤波效应的航空相机像移速度测量方法

基于空间滤波测速原理,提出了利用线阵CCD空间滤波效应进行航空相机像移速度测量的新方法。对线阵CCD输出图像进行隔行采样,模拟了多狭缝的空间滤波特性,实现了对航空相机像移速度的光学非接触测量。通过研究空间滤波器的功率谱密度函数,对影响线阵CCD空间滤波特性的关键因素进行了特性分析,并在实验上验证了利用线阵CCD推扫图像模拟多狭缝空间滤波器测量像移速度的可行性。结果表明,对于5～53.2 mm/s范围内的像移速度,测量误差导致的像移量误差不大于1/3 pixel,能够满足航空相机像移补偿精度的要求。     

基于DMD的数字全息显示及其再现像质增强

采用DMD作为空间光调制器构建了一套数字全息显示系统.分析了数字全息图光学再现中影响再现图像质量的因素,提出了一种采用频域滤波重建高条纹对比度滤波全息图来改善其光学再现图像质量的新方法.采用信噪比及图像亮度作为评价参量,对原始全息图和滤波全息图的数值再现像进行定量分析表明,滤波后全息图的再现像质量明显优于原始全息图的再现像.基于DMD数字全息显示系统的光学再现实验也验证了理论分析结果.     

半导体激光器在大学物理实验中的应用

比较了半导体激光器（LD）与He-Ne激光器的特点及区别,将半导体激光器应用于阿贝成像原理和空间滤波实验、迈克尔逊干涉仪的调整和使用实验中。通过对实验数据分析指出：半导体激光器可以替代He-Ne激光器在大学物理实验中使用。     

光栅光调制器投影系统信息处理优化设计

光学信息处理是投影系统设计的关键环节,利用部分相干光理论分析了具有一定光斑尺寸的激光照明下滤波面上的光学特性并进行了数值仿真。结果表明,滤波面上的衍射光强分布是调制器透过率函数傅里叶变换模的平方与激光光斑尺寸在滤波面上几何投影间的卷积;滤波面上各衍射级次出现了展宽,并产生了混叠;各级次混叠的程度随滤波面与调制器间距的增大而减弱。搭建了相关实验系统观察到了滤波面上的衍射图样,实验结果和理论分析一致。最后提出了在光栅光调制器与滤波面间设置一个会聚透镜来减小系统光学尺寸,提高系统信息处理效果的方法,并通过实验得到了最优方案,为研究光栅光调制器的微型化投影系统提供了理论基础与实验指导。