摘要光学信息处理是近 40年发展起来的一门新兴学科，它是在全息术、光学传递函数和激光的基础上，从传统经典的波动光学中脱颖而出的。阿贝二次成像理论是光学信息处理的最重要的理论基础之一。本文主要围绕以阿贝成像理论为基础的常见光学实验，利用Matlab语言环境，通过计算机模拟实现了对光学图像空间滤波和图像相加减实验的过程与现象，并展示了θ 调制假彩色编码实验，完成了对阿贝成像理论的验证。同时，利用Matlab特有的GUI功能，进行了图形界面的设计工作，完成了计算机仿真的界面，从而实现人机的有效沟通。 28633
毕业论文关键词 阿贝成像原理 光学实验 仿真 Matlab
Title Simulation Of Optical Experiments Based On Abbe Imaging Principle
Abstract Optical information processing is a new discipline developed in nearly 40 years. It stand out from the traditional classical wave optics,based on holography, optical transfer function and laser. Abbe’s Secondary Imaging Theory is one of the most important theoretical basis for optical information processing. This paper focus on some common optical experiments based on Abbe Imaging Theory,and use computer simulating the processes and phenomena of the experiment of optical image spatial filtering and image addition and subtraction based on Matlab language environment,and shows θ false color coded modulation experiments,thus completed the verification of Abbe Imaging Theory. At the same time, with the use of unique GUI function of Matlab, the graphical interface design work is completed,as the result,effective HMI(Human Machine Interface) is enabled.
Keywords Abbe Imaging Principle Optical Experiment Simulation Matlab
目次
1.引言1
1.1背景介绍1
1.2光学仿真软件国内外进展1
1.3本文主要工作2
2Matlab平台介绍3
2.1Matlab软件介绍3
2.2Matlab用于光学实验仿真的优势6
2.3本章小结7
3基于阿贝成像原理的光学实验8
3.1阿贝成像原理8
3.2阿贝波特实验9
3.3图像相加减及其原理13
3.4θ调制假彩色编码实验15
3.5本章小结16
4仿真过程与界面设计17
4.1阿贝波特实验仿真17
4.2图像相加减仿真26
4.3θ调制假彩色编码实验展示28
4.3界面设计29
4.4本章小结20
结论32
致谢33
参考文献34
1 引言 1.1 背景介绍 在一个工程的设计过程中，对研究的对象建立其模型，编写程序得到一个最好的方案并模拟出结果，然后再对其进行物理实现，这就是计算机仿真。进入21世纪，由于大规模集成电路的高速发展，计算机在各个领域大规模应用，使用计算机编程进行虚拟实验也成为计算机领域的一个重要的应用。除了理论分析和物理实验以外，这种方法已经成为了认识客观世界的一种新型的手段。 用计算机进行仿真需要编写相应的程序来实现，仿真程序运行时，先对其所仿真的系统设置一定的参数，使系统中的变量在人为规定的范围内发生变化，然后通过程序得到变量在变化的过程中，系统运行的具体情况和结果。 运用计算机仿真有以下优势： （l）可以显示所仿真的系统在变化过程中产生的各种现象和状态，便于及时对比和观察。 （2）因为计算机强大的计算能力，可以随时改变条件，重复输入参数，大大增加实验效率。 因此，计算机模拟可以很好的进行人为控制（参数可随时进行调整），降低成本、不会发生损失（不会因为设计的不合理导致设备和人员的意外损伤） ，进行多次实验（改变不确定因素的影响，如气压，温度等），便于观察，节省大量的实际实验中的人力成本和资源。尤其是在强度很大、危险性很大、需要大量重复和对实验室环境要求比较苛刻的实验，如大型激光器的制造中，如果先用计算机仿真，就可以随时更改其基础的设计并进行优化[1]。 计算机仿真也可以用在光学教学中，由于光学的内容都不具象，如果不通过做实验，学生很难彻底理解大量抽象的原理，如光的干涉和衍射，所以，国内外著名的光学教材都配有大量的照片。而且大部分光学实验都需要相对稳定的环境和精度较高的设备，因此在实验课上所能做的被大大的限制，且课堂的时间是有限的，所以，采用计算机对普通光学实验进行仿真是很有必要的。特别是一些简单的演示实验，再配合理论课，可以更好地提升学生对于光学内容的理解。例如菲涅耳衍射和夫琅禾费衍射两者的区别，如用仿真软件则可以清晰地区分出这两者之间的差异。而且学生也可以按照自己对所学理论知识的理解，改变想要的参数，摸索抽象的光学原理，从而可以积极地进行自我学习。 1.2 光学仿真软件国内外发展 由于计算机的硬件和软件不断进步，光学仿真软件正在经历前所未有的快速发展。国内外，美国的光学仿真软件遥遥领先。光学设计软件ZEMAX，由美国焦点软件公司开发 Matlab基于阿贝成像原理的光学实验仿真:http://www.751com.cn/wuli/lunwen_23560.html