光学滤波与频谱分析的研究

王毅 许贵阳

摘 要：随着科学技术的不断发展，人们进入到信息时代，其要求对庞大的信息容量进行快速处理，光学滤波以及频谱的相关发展也逐渐被人们所广泛的运用。其中空间滤波的主要目的是通过有意识的改变图像的频谱，让像产生所希望的相应变换。在光学信息处理中是一个更为广阔的领域，其主要是通过使用光学的方式方法来实现对输入信息的各种各样的处理和变换，本文主要就光学滤波和频谱的相关问题进行分析，让光学信息处理能够迈向新时期。

关键词：光学滤波；香味滤波器；频谱分析

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.22.109

0 前言

空间滤波器主要指的是光学系统的傅里叶频谱面上所防止的滤波器，是以改变光波频谱结构，让其按照人们的相关要求来进行相应的改善。在这个基础上，发展了光学信息的处理技术。光学信息处理技术是一个较为广阔的领域，其主要指使用光学的方法来实现对输入信息进行某种变换以及计算，已达到对信息的提取，存储，识别和编码等目的。这样的处理方式具有并行，二维以及实时处理的特征，有利于激起人们对于光学信息处理技术的兴趣提升，并对此做出深入的研究探讨。

1 空间滤波器的基本原理

上个世纪期初国外相关研究人员提出了几何光学的传播成像理论不同观点，其认为在相干光照之下，透镜的成像全过程是可以分为两个步骤的；第一个步骤是频谱成新的次波源，主要由其发出次波在平面上所干涉而形成的图像这个图像被叫为衍射像，在成像过程中也被称为阿贝二次衍射成像技术。第二个步骤是物光波透镜之后，在其后焦点面上产生夫琅禾费的衍射，从而形成频谱，这个频谱称之为第一次衍射图像。

2 空间频率滤波系统

空间频率滤波系统指的是相干光学信息处理当中的一种较为简单的处理方式，其充分利用了透镜的傅里叶变换特性，将透镜作为一个频谱分析方式，并在频谱面上去通过加入滤波器，用来改变物的频谱，这样就能让物象得到相应的改善。空间频率滤波系统中有非常多的光路结构，其中最为典型的系统是4F系统，这个系统中频域上来看，这个系统能改变图像的空间频率结构，这也是空间滤波和频域结合的意义。从空间频域上来看，系统实现了输入信息和滤波器脉冲响应的卷积相关，从而去完成了实际中所预计的一种变换方式。一般而言，可以在频谱面上加入具有下面形式的滤波函数空间频率滤波器，可以根据滤波函数的性质和其对空间频谱作用的不同，空间滤波器是有多种形式的，最为常见的是以下几种。

2.1 方向滤波器

方向滤波器实际上是在一定方向上允许筒频谱的光阑，可以用来突出图像当中的方向特性。方向滤波器现目前依据用在检查集成电路板中，因为集成电路图是由某些正交，规则的矩形线路所组成的，其频谱可以分布在轴线的附近，然而集成电路中的疵点形状大多都是不规则的，线性度也是相对较小的，所以频谱相对较宽，在离轴有一定距离位置中所分布，可以采用十字形来进行相应的阻挡光屏就能让轴线周围的信息被全部遮挡，提取出相关集成电路图当中疵点的位置信息，然而在提出噪声的频谱，从而显示出集成电路疵点的位置所在。

2.2 二次元滤波器

二次元滤波器实际上是一个带有针孔的不透明模板。选择适当的针孔直径让图像当中的高频率噪音以及其周期性的结构被全部阻拦下来，而且只有允许处在频谱中心和周围邻近的低频分量时才能被通过，这种滤波器主要是由针孔以及显微镜所组成的，针孔安放置在显微镜焦点位置上，再通过显微镜折射出来的聚焦光在针孔上，如果针孔的直径和显微镜折射光的宽度是相同的额，那么针孔只能通过平行在光轴进入的光，这样就很难消除不平行在光轴上的光束，也很难获得射环上的纯球面波。运用针孔来作为滤波器，是能允许信号的频谱全部通过的，然而所出现的噪聲频谱是会被阻挡下来的，这样有利于改善图像照片的信噪比。

2.3 复数滤波器

这一种滤波器是可以同时改变各频谱成分的振幅以及相位的，滤波函数又是复函数，现目前，其广泛的被运用在各个行业当中，但是其有一个缺陷，那就是制作相对较困难，上个世纪中旬有关学者提出运用全息照相的方法来制作复数滤波器，这项复数滤波器是有利于推动光学信息处理的全面发展的，1967年时也有相关学者提出了使用计算全息方法来制作复数滤波器，在某种程度上是克服了制作空间滤波器的主要障碍问题。

3 提取和抑制周期信息

因为印版和制版的相关需要，报纸上面的照片都是由大量的周期排列黑点所组成的。照片上的黑白层次主要是由黑点的大小程度所控制的，相类似的，电视图像也是由很多的水平排列线条所组成的，我们可以将这些不属于图像自身的周期结构称为周期性噪声，我们还可以充分运用空间滤波的方法将这些噪声进行去除，因为噪声的周期相对较小，对于空间频率相对较高，在频谱面上图像自身的频谱集中在低频范围之内，所以，在滤波系统的频谱面上加入低通滤波器，选用直径圆孔让噪声的频率降低，这样就能像面上得到一幅完整的，没有周期性噪声的图像了。

4 结束语

随着科学技术的不断发展，人们进入到信息时代，其要求对庞大的信息容量进行快速处理，光学滤波以及频谱的相关发展也逐渐被人们所广泛的运用。总而言之，空间滤波器的主要目的是通过有意识的去改变频谱，然后让像产生所希望的相关变换，在光学信息处理技术中，光学信息处理技术是一个较为广泛的领域，其主要是采用光学方法去实现对输入信息的各种各样的处理以及变换，由于之前激光的出现以及全息术的快速发展，让光学信息处理技术也进入到了发展的新时期。

参考文献：

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[3]徐鹏，王玉荣.使用空间光调制器和频谱面滤波实现光学图像幅相转换[J].光电子技术与信息，2006（02）.

基金项目：河南省南阳市科技攻关项目，项目名称：CHRISTIANSEN滤波器性能改进研究。项目编号：2011GG105

作者简介：王毅（1979-），男，四川南充人，硕士，讲师，主要研究方向：光电技术。