光学低通滤波器

发布时间：2022-11-21 14:19
作者：Ameya360
来源：网络
阅读量：2239

　　光电图像传感技术在各领域得到了大量的应用，其中光学低通滤波器技术倍受瞩目。由于CCD的像素是离散的根据奈奎斯特抽样定理CCD所能分辨的最高空间频率是它的空间采样频率的1/2即奈奎斯特极限频率。

　　若图像的空间频率高于奈奎斯特极限频率在传感器上高频部分将被反射到基本频带造成图像周期频谱交叠即混频现象致使成像质量降低。光学低通滤波器技术成为消除混频现象较有效的手段。它采用前置滤波降低光敏面上的频谱宽度以减小混频。

光学低通滤波器


光学低通滤波器工作原理

　　光学低通滤波器利用的是石英晶体的双折射作用，把栅格状目标的一束透射光分成两束―――寻常光和异常光，迭加后可微量改变透射光强的空间分布。在光强分布的计算中，通过消除有害干扰拍频的频率来确定该石英晶体的厚度。把透过光学低通滤波器的栅格状景物分布看作为空间光栅调制器， 这样就可初步解释OLPF在消图像干扰纹中的作用。

　　利用石英晶体的双折射特性，成像光束经过不同厚度的石英晶体薄板后，光轴约成 45°角。含有同一目标图像信息的光束被分成o1光 束和 e1 光束，形成微小错开的像，错开的距离满足消除一维拍频干扰分开的距离。经过第二片石英晶体薄板后，又将01 光束和e1光束分成为O01,e01光 束和 Oe1，ee1 光束。光束通过晶体滤波片后，原来的所包含有空间频率的目标光束会产生分离，使频率发生小量变化。分离的寻常光 和异常光光强会重新分布。


光学低通滤波器光谱特性

　　为了消除彩色干扰纹，除了要考虑光学低通滤波器的频率特性以外，还应考虑它的光谱特性。由于CCD传感器可以响应近红外光，会破坏图像的色还原，因此OLPF不仅因双折射功能而改变入射光的空间频率，而且还应该具有光谱选通特性。一种方法是在石英镜片的一个表面镀上红外截止膜；另一种方法是在OLPF中间胶合一块红外截止滤光片。对三种不同的OLPF样品进行了测试和比较。通过测试和比较可以看出，OLPF具有良好的红外截止功能。

光学低通滤波器基本信息

　　光学低通滤波器大都是由两块或多块石英晶体薄板构成的，放在CCD传感器的前面。目标图象信息的光束经过OLPF后产生双折射（分为寻常光o光束和异常光e光束）。根据CCD像素尺寸的大小和总感光面积计算出抽样截止频率，同时也可计算出o光和e光分开的距离。

       改变入射光束将会形成差频的目标频率，达到减弱或消除低频干扰条纹的目的，特别是彩色CCD出现的伪彩色干扰条纹的目的。利用双折射晶体制作光学低通滤波器，通过前置滤波，能够有效地限制被采集图像在光敏面上的频谱宽度从而减小频谱混叠。

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　　滤波器　　滤波器是对波进行过滤的器件，是一种让某一频带内信号通过，同时又阻止这一频带外信号通过的电路。　　滤波器主要有低通滤波器、高通滤波器和带通滤波器三种，按照电路工作原理又可分为无源和有源滤波器两大类。本文主要对低通、高通还有带通三种滤波器做以下简单的介绍，希望电子爱好者的朋友们看完有一点小小的收获。　　低通滤波器　　电感阻止高频信号通过而允许低频信号通过，电容的特性却相反。信号能够通过电感的滤波器、或者通过电容连接到地的滤波器对于低频信号的衰减要比高频信号小，称为低通滤波器。　　低通滤波器原理很简单，它就是利用电容通高频阻低频、电感通低频阻高频的原理。对于需要截止的高频，利用电容吸收电感、阻碍的方法不使它通过;对于需要放行的低频，利用电容高阻、电感低阻的特点让它通过。　　最简单的低通滤波器由电阻和电容元件构成，如下图。该低通滤波器的作用是让低于转折频率f。的低频段信号通过， 而将高于转折频率f。的信号去掉。RC无源低通滤波器RC无源低通滤波器的幅频特性曲线　　这一低通滤波器的工作原理是这样：当输入信号Vin中频率低于转折频率f。的信号加到电路中时，由于C的容抗很大而无分流作用，所以这一低频信号经R输出。当Vin中频率高于转折频率f。时，因C的容抗已很小，故通过R的高频信号由C分流到地而无输出，达到低通的目的。这一RC低通滤波器的转折频率f。由下式决定：低通滤波器除这种RC电路外，还可以是LC等电路形式。　　高通滤波器　　最简单的高通滤波器是“一阶高通滤波器”，它的的特性一般用一阶线性微分方程表示，它的左边与一阶低通滤波器完全相同，仅右边是激励源的导数而不是激励源本身。当较低的频率通过该系统时，没有或几乎没有什么输出，而当较高的频率通过该系统时，将会受到较小的衰减。　　实际上，对于极高的频率而言，电容器相当于“短路”一样，这些频率，基本上都可以在电阻两端获得输出。换言之，这个系统适宜于通过高频率而对低频率有较大的阻碍作用，是一个最简单的“高通滤波器”，如下图。RC元件构成的高通滤波器　　RC高通滤波器的幅频特性曲线　　这一电路的工作原理是这样：当频率低于f。的信号输入这一滤波器时，由于C1的容抗很大而受到阻止，输出减小，且频率愈低输出愈小。当频率高于f。的信号输入这一滤波器时，由于C1容抗已很小，故对信号无衰减作用，这样该滤波器具有让高频信号通过，阻止低频信号的作用。这一电路的转折频率f。由下式决定：　　高通滤波器除可以用元件外，还可以用LC构成。　　带通滤波器　　带通滤波器是一种仅允许特定频率通过，同时对其余频率的信号进行有效抑制的电路。由于它对信号具有选择性，故而被广泛地应用现在电子设计中。比如RLC振荡回路就是一个模拟带通滤波器。带通滤波器是指能通过某一频率范围内的频率分量、但将其他范围的频率分量衰减到极低水平的滤波器，与带阻滤波器的概念相对。带通滤波器的作用　　一个理想的带通滤波器应该有一个完全平坦的通带，在通带内没有放大或者衰减。实际上，并不存在理想的带通滤波器。滤波器并不能够将期望频率范围外的所有频率完全衰减掉，尤其是在所要的通带外还有一个被衰减但是没有被隔离的范围。这通常称为滤波器的滚降现象，并且使用每十倍频的衰减幅度的dB数来表示。　　通常，滤波器的设计尽量保证滚降范围越窄越好，这样滤波器的性能就与设计更加接近。然而，随着滚降范围越来越小，通带就变得不再平坦，开始出现“波纹”。这种现象在通带的边缘处尤其明显，这种效应称为吉布斯现象。以上是三种常见的滤波器的简单介绍，其实滤波器的种类多种多样，在这里我们就不一一介绍了。
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