Laboratorium optycznego przetwarzania informacji i holografii

Laboratorium optycznego
przetwarzania informacji
i holografii
Ćwiczenie 5. Optyczne przetwarzanie obrazu
Katedra Optoelektroniki
i Systemów
Elektronicznych, WETI,
Politechnika Gdańska
Gdańsk 2006
Ćwiczenie 5. Optyczne przetwarzanie obrazu
1. Cel ćwiczenia
Celem ćwiczenia jest praktyczne zapoznanie się z optycznym przetwarzaniem obrazu
obiektu poprzez filtrację przestrzenną transformaty Fouriera obiektu.
2. Optyczne przetwarzanie obrazu
Optyczne przetwarzanie obrazu obiektu realizuje się w układzie filtru przestrzennego 4f z
rys. 1.
Rys. 1. Filtr przestrzenny 4f
Proces przetwarzania obrazu polega na filtracji przestrzennej transformaty Fouriera
funkcji obiektu. Aby usunąć z obrazu obiektu pewne jego elementy wystarczy w płaszczyźnie
transformaty Fouriera zablokować częstotliwości przestrzenne widma naleŜącego do tych elementów
obrazu.
Optyczne przetwarzanie obrazu jest procesem względnie łatwym w realizacji gdy w
transformacie Fouriera obiektu potrafimy wyróŜnić te jej części, które naleŜą do niepoŜądanych
elementów obrazu obiektu oraz gdy eliminowana część widma obiektu nie zawiera częstotliwości
naleŜących równieŜ do innych poŜądanych elementów obrazu obiektu. Jeśli tak nie jest, to filtracja
przestrzenna nie jest najlepszą metodą przetwarzania obrazu.
Laboratorium optycznego przetwarzania informacji i holografii
Katedra Optoelektroniki i Systemów Elektronicznych, WETI, Politechnika Gdańska
Strona | 2
Ćwiczenie 5. Optyczne przetwarzanie obrazu
Tym niemniej, w wielu wypadkach, jak np. przetwarzanie fotografii półtonowej,
usuwanie z fotografii róŜnego rodzaju regularnych linii itp., optyczne przetwarzanie obrazu poprzez
filtrację przestrzenną stanowi atrakcyjne narzędzie współczesnej optyki stosowanej.
3. Zadania do wykonania
3.1. Elementy potrzebne do wykonania ćwiczenia.
Jako filtry naleŜy wykorzystać:
•
przeźrocze nr 15
szczelina
•
przeźrocze nr 23
szczelina z blokadą składowej stałej
•
apertura kołowa
•
diafragma
•
filtry o róŜnych kształtach wycięte z tektury
Jako obiekty naleŜy wykorzystać:
•
przeźrocza nr 22, 24, 25, 26, 27
3.2. Filtracja przeźrocza nr 22.
Przeźrocze nr 22 przedstawia fotografię torów cząstek elementarnych w komorze
jonizacyjnej. Część torów cząstek została odchylona od linii prostej, część torów cząstek pozostała
liniami prostymi. NaleŜy za pomocą filtru dowolnie wybranego przez wykonującego ćwiczenie:
•
odfiltrować tory prostoliniowe, pozostawiając zakrzywione,
•
odfiltrować tory zakrzywione, pozostawiając tory liniowe.
Określić wpływ blokady częstotliwości zerowej na otrzymany obraz obiektu.
3.3. Filtracja przeźrocza nr 24.
Przeźrocze nr 24 przedstawia półtonową fotografię Einsteina. Za pomocą filtracji
wysokich częstotliwości transformaty, uzyskać obraz fotografii o płynnym przejściu między jasnymi i
ciemnymi obszarami obrazu. Jako filtr moŜna uŜyć diafragmę lub aperturę kołową.
Laboratorium optycznego przetwarzania informacji i holografii
Katedra Optoelektroniki i Systemów Elektronicznych, WETI, Politechnika Gdańska
Strona | 3
Ćwiczenie 5. Optyczne przetwarzanie obrazu
3.4. Filtracja przeźrocza nr 26.
Przeźrocze nr 26 przedstawia szkic globusa z gęsto zakreskowanymi niektórymi
obszarami. Identyfikując transformatę Fouriera przeźrocza naleŜy odfiltrować niektóre jej części i
obserwować wpływ filtracji na obraz obiektu.
3.5. Filtracja przeźrocza nr 25.
Przeźrocze nr 25 przedstawia dwie nałoŜone na siebie fotografie: męŜczyzny i kobiety.
Jedna z tych fotografii zmodulowana jest (wymnoŜona) układem równoległych linii poziomych, zaś
druga fotografia zmodulowana jest układem równoległych linii pionowych. JeŜeli obydwa widma
przechodzą do obrazu to widoczne są obie fotografie nałoŜone na siebie. NaleŜy odfiltrować fotografię
męŜczyzny, pozostawiając fotografię kobiety i na odwrót: odfiltrować fotografię kobiety, pozostawiając
fotografię męŜczyzny. Dobór odpowiedniego filtru przestrzennego pozostaje w gestii wykonującego
ćwiczenie.
3.6. Filtracja przeźrocza nr 27.
Odfiltrować poszczególne części obrazu przeźrocza nr 27 przedstawiającego strzałkę.
Oznaczenia elementów optycznych na rysunkach:
FP – filtr przestrzenny, Sk - soczewka kolimująca, E - ekran,
O – obiekt (przeźrocze),
SF– soczewka realizująca transformatę Fouriera,
So – soczewka realizująca obraz obiektu,
Sp – soczewka powiększająca obserwowany obraz.
Laboratorium optycznego przetwarzania informacji i holografii
Katedra Optoelektroniki i Systemów Elektronicznych, WETI, Politechnika Gdańska
Strona | 4