光学低通滤波器(OLPF)的频率特性和光谱特性VIP专享VIP免费

光学低通滤波器（OLPF）的频率特性和光谱特性潘奕捷、商庆坤、林家明、杨隆荣、沙定国北京理工大学光电工程系，北京100081；敏通企业股份有限公司摘要：光学低通滤波器（OpticalLowPassFilter——OLPF）是利用石英晶体的双折射效应和红外截止滤光片对红外光截止作用设计而成的，它用在CCD摄像机传感器前可以有效地降低或消除离散光电探测器对不同空间频率目标成像所产生的拍频效应或称条纹混淆现象,并且能消除红外光对彩色还原的影响，从而提高了CCD摄像机成像的视觉效果。关键词：学低通滤波器；奈奎斯特频率；石英晶体双折射；红外光截止FrequencyandSpectrumCharacteristicoftheOpticalLowPassFilterPANYijieSHANGQingkunLINJiamingYANGLongrongSHADingguoDepartmentofOpticalEngineering,BIT,Beijing100081；MintonEnterpriseCoLtd,Abstract:Anopticallowpassfilter(OLPF),liedinfrontofthesensorofaCCDcamera,isdesignedaccordingtothebirefringenteffectofcrystalandinfraredcut-ofeffectofinfrareequencymixingphenolalfilter,OLPFcanreduceoreliminateeffectivelythefrmenonwhentheobjectwithavarietyofthespatialfrequenciesisimagedonthediscretephotoelectricdetector，andeliminatethecolorrenditioneffectoftheinfrared.TheimagequalityoftheCCDcamerawithOLPFcanbeimproved.Especially,thedistinctnesscanbeenhancedwhentheobjectssuchasfringesorgratesareimagedonthesensoroftheCCDcamera,andtheeffectsofthedisturbingfringesoffalsecolorcanbeeliminatedKeywords:opticallowpasopticsfilter;Nyquistlimit;aliasing;birefringentquartzcrystal;infraredcut-oflight.1CCD摄像机信号频谱混叠现象近年来，随着电视技术的发展，作为图像传感器的CCD摄像机被广泛的应用，但CCD是一种离散像素的阵列光电探测器，根据奈奎斯特定理，一个图像传感器能够分辨的最高空间分辨率等于它的二分之一空间采样频率0f，即奈奎斯特频率2/0ffN=。采用CCD摄像机获取目标图像信息时，当抽样图像超过系统的奈奎斯特极限频率,其高频成分将被反射到基频带中，造成所谓的纹波效应或莫尔效应，图像将产生周期频谱交叉混淆或称之为拍频现象。图1CCD摄像机输出CZP测试卡图像中的拍频现象时，如图1所示，CZP测试卡图像目标通过成像系统后输出的视频图像叠加有二维低频的圆环条纹即莫尔条纹。从电视时间频域信号来讨论这个现象，图2（a）所示为电视系统高频特性测试图，图像中的不同宽度的矩形条纹表示按时间分布的时间频率（0.5，1，2..10，0.5MHz）。在波形监视器上，当观测电视扫描一行的波形时，可以定量地看到如图2（b）所示的CCD的抽图像上产生差拍干扰，波形中在6MHz频带范围内的信号上迭加了1MHz的差拍分量。这里假设CCD的抽样频率为15MHz，在图像信号为9MHz时，混叠频率分量为15MHz-9MHz=6MHz，在图像信号为10MHz时，混叠频率量为15MHz-10MHz=5MHz。这两项混叠频率分量经电路低通滤波后都是无法滤掉的，并与有用图像信号一样被输出，如波形图中在9MHz和10MHz频带处叠加的6MHz和5MHz信号成分。在7MHz信号上有明显的低频差拍存在，差拍频率约1MHz。甚至出现伪彩色条纹干扰。在空间域中尽管CCD空间截止频率较低,但这种混叠频率的信号仍会存在影响视频图像的质量。采用OLPF可以减低这种影响。2CCD摄像机信号频谱混叠现象的物理解释OLPF光学低通滤波器是利用石英晶体双折射的作用，使栅格状目标的一束透过光分成寻常光和异常光，迭加后微量改变透过光强空间分布。计算光强分布中所要求消除的有害干扰拍频的频率来确定该石英晶体的厚度。这里，将具有栅格状景物分布透过的OLPF光学低通滤波器视作空间光栅调制器，可解释OLPF的消图像中干扰纹的作用。2.1物理解栅状光强分布的叠加）假设被摄景物是具有一定空间频率的栅格状光强分布，经摄像物镜在CCD传感器阵列表面上形成平面光栅1G的光强分布)G(f1，CCD传感器阵列表面光栅G2的光强分布)f(G2)透过该两个光栅后的光强分布叠加为:我们可用傅立叶频谱解释：相当一对矩形光栅调制的问题，目标物为第一块光栅（即的作用是将一束入射平面波分解成具有...