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【阿贝系统】阿贝二次成像原理,你的眼睛偷偷忽略了什么?

我们通过发光物体发出的光看到了东西——亚里士多德

眼睛怎么看东西?也许你会毫不犹豫地,从物体发出的光或反射物体发出的光通过瞳孔进入眼睛,再通过晶状体折射,成像到视网膜上,看到美丽的东西。(大卫亚设)。

事实真的只有这样吗?

显微镜衍射成像

阿贝在1873年通过观察实验发现:

1、放在显微镜载物台上的物体,接受光源的照射,会产生衍射现象。

2、衍射的低频光波偏离光轴的角度小,能够进入显微镜的物镜,而高频光波因为偏离的角度大,不能进入物镜。当物体的细微部分十分靠近,以至于低频光波的偏角也太大,不能进入显微镜的物镜,则显微镜不能分辨物体的细节。

这意味着,要得到一个逼真的像,所有衍射光波都必须参与成像过程,由于物镜的孔径有限,高频光波不能被收集进物镜,因此在物镜焦平面上的频谱中必然缺少了高频信息,这些损失的高频信息会也使像的细节失真。

3、衍射光波会在物镜焦平面上形成衍射图样,根据惠更斯—菲涅耳原理,衍射图样各点可以看成许多相干次波源。

4、在物镜像平面上成像的过程可以看成是从次波源发出的球面波互相干涉的结果。

阿贝二次成像原理

根据阿贝的观点,光学成像仪器(显微镜)就是一个低通滤波器,成像过程分为两步:入射光经物平面发生衍射,衍射的光波包含着低频到高频的信息,这是第一步“衍射分频”。透镜孔径只允许低频信息通过,丢失了高频信息的光波在透镜焦平面上形成一系列衍射图样,衍射图样各次波源发出的球面波在像面上相互干涉叠加,最终形成图像,这是第二步“干涉合成”。

阿贝二次成像原理表明,清晰的图像是多次干涉叠加形成的,如同油画,一层一层的覆盖而成。其数学本质是两次傅里叶变换,它以一种新的频谱语言来描述信息,启发人们以改造频谱的方法来改造图像信息。

因此在焦平面(频谱面)上挡去某些光波频率成分,就会使像发生变化。这就是所谓的空间滤波原理,通过在光学系统的频谱面上放置空间滤波器,去掉部分空间频率或者改变振幅和相位,可以去除高频噪声等干扰,使影像得到改善。

综上所述,我们的眼睛也是一种光学成像仪器,对于近在眼前的美好事物,也会忽略一部分,正如罗丹所言,生活中不缺少美,只是缺少发现美的“眼睛”。

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