Физическая энциклопедия Том 4 - Порохов А.М.
Скачать (прямая ссылка):
ПРОСТРАНСТВЕННАЯ ФИЛЬТРАЦИЯ — воздействие иа структуру потока излучения с целью придания желаемых свойств (иапр., малой расходимости) либо обработки переиоснмой этим потоком информации (см. Оптическая обработка информации). В оптич., И К- и ближнем УФ-диапазонах используются фокусирующие элементы для создания пространственных фильтров, к-рые осуществляют эфф. и разнообразное управление пространственным спектром излучения. В рентг. и др. КВ-диапазоиах фокусирующие линзы и зеркала отсутствуют, для выделения узкого коллимированного пучка в этих диапазонах применяются наборы последовательно установленных экранов с расположенными ва одной линии отверстиями в них.
Чаще всего П. ф. сводится к преобразованию фурье-сПектра двумерного распределения поля по сечению светового пучка. Кроме разложения волиы в фурье-спектр применяются и иные виды разложений (иапр., с помощью преобразования Френеля), но значительно реже.
Фурье-фильтрация используется во многих традиц. методах исследования объектов, иепосредств. наблюдение к-рых по тем илн иным причинам невозможно или затруднено. Стандартная схема оптич. систем с фурье-фильтрацией приведена на рис. Близкий к параллельному пучок света от лазера либо от иного малого источника света 1, помещённого в фокальной плоскости коллимирующей линзы 2, проходит через исследуемый объект 3 и попадает в фурье-фильтр, состоящий из двух положительных софокусных линз 4 и 6 и расположенного в их общей фокальной плоскости фазово-амплитудного транспаранта 5. В фокальной плоскости линзы
4 формируется фурье-образ распределения поля перед
---------j
2 3 4 5 в J
Схема пространственной фильтрации: I — источник света; г — коллимирующая линза; з — исследуемый объект; 4 а 6 — софокусные линзы; S — транспарант; 7 — плоскость изображений объекта.
этой линзой (см. Матричные методы в оптике). Транспарант осуществляет необходимое воздействие иа спектр, линза 6 — обратное преобразование Фурье. Перевёрнутое изображение объекта находится в плоскости 7 на расстоянии 4/ от него, где / — фокусное расстояние линз 4, 6 (для простоты считаем их идентичными).
Если объект является самосветящимся (плазма, продукты взрыва) и его зондаж осуществляется с помощью излучения источника І, то для уменьшения засветки изображения собств, светом объекта исиользуют транспарант в виде непрозрачного экрана с отверстием иа оси, пропускающим весь поток зондирующего излучения. Для наблюдения мелких рассеивающих свет частиц и оптич. неоднородностей в прозрачных средах используют т. н. теневые методы, при к-рых перекрывают центр, часть сечения фокальной плоскости. В результате до системы регистрации доходит лишь рассеянный свет н распределение освещёниости в плоскости 7 соответствует картине распределения неоднородностей (источников светорассеяния) в плоскости объекта.
Намного большая чувствительность к малым фазовым возмущениям достигается с помощью метода фазового контраста (метода Цернкке). Прозрачный объект, являющийся источником возмущений, освещается идеальной плоской волной; после его прохождения распределение комплексной амплитуды волны приобретает вид и <*» *гф, где ф — зависящие от поперечных координат фазовые отклоиения, к-рые и подлежат регистрации. Транспарант представляет собой прозрачную пластинку с таким утолщением (либо выемкой) в малой прн-осевой зоне, что между светом, проходящим через эту эону и через остальную часть сечения, создаётся разность хода V4.
При малых фазовых отклонениях ф величина eiv — =^l -f- гф; первому члену разложения соответствует плоская волна (с и = const), фокусируемая лиизой в центр, часть транспаранта, второму — рассеянный свет, проходящий мимо центр, зоиы. Введение фазового сдвига между этими компонентами приводит к тому, что после фильтра и с*> I -f- е1Лгф = 1 — ф, |иа| с/5 (1 —
— ф)2 — 1 — 2ф. Т. о., фазовые искажения превращаются в вариации интенсивности, причём в отличие от теневых методов реакция здесь является линейной.
Если, оставив транспарант там же, поместить в плоскость 7 плоское зеркало, свет иа обратном пути будет подвергаться аналогичному преобразованию н при подходе к объектной плоскости окажется, что и со 1 е*кХ Хг'Ф = 1 — і‘Ф =* б~19, т. е. реализуется обращение волнового фронта.
ПРОСТРАНСТВЕННАЯ
ПРОСТРАНСТВЕННАЯ
П. ф. применяется также для улучшения качества изображений, распознавания образов, осуществления их сортнровнн и т. п. Напр., используя транспарант в виде непрозрачного экрана с щелью, можно набавиться от полос на изображении, вызванных строчной развёрткой; частично нли полностью подавив низкие пространственные частоты, можно осуществить «ококтури-вание* кзображений. Реализуемы фильтры, резко снк-жающке дефекты кзображения, вызванные расфокусировкой прк фотографировании; фильтры, отмечающие яркимк точками в плоскости кзоб ражений местоположение к.-л. заданной буквы в служащем объектом напечатанном тексте, н т. д. Следует, однако, иметь в виду, что распознавание образов резко затрудняется, если неизвестны заранее масштабы к ориентировка изображений соответствующих объектов.
