Пространственная фильтрация. РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА. Глоссарий по физике

Пространственная фильтрация - воздействие на структуру потока излучения с целью придания желаемых свойств (напр., малой расходимости) либо обработки переносимой этим потоком информации (см. Оптическая обработка информации). В оптич., ИК- и ближнем УФ-диапазонах используются фокусирующие элементы для создания пространственных фильтров, к-рые осуществляют эфф. и разнообразное управление пространственным спектром излучения. В рентг. и др. КВ-диапазонах фокусирующие линзы и зеркала отсутствуют, для выделения узкого коллими-рованного пучка в этих диапазонах применяются наборы последовательно установленных экранов с расположенными на одной линии отверстиями в них.

Чаще всего П. ф. сводится к преобразованию фурье-спектра двумерного распределения поля по сечению светового пучка. Кроме разложения волны в фурье-спектр применяются и иные виды разложений (напр., с помощью преобразования Френеля), но значительно реже.

Фурье-фильтрация используется во многих традиц. методах исследования объектов, непосредств. наблюдение к-рых по тем или иным причинам невозможно или затруднено. Стандартная схема оптич. систем с фурье-фильтрацией приведена на рис. Близкий к параллельному пучок света от лазера либо от иного малого источника света 1, помещённого в фокальной плоскости коллимирующей линзы 2, проходит через исследуемый объект 3 и попадает в фурье-фильтр, состоящий из двух положительных софокусных линз 4 и 6 и расположенного в их общей фокальной плоскости фазово-ампли-тудного транспаранта 5. В фокальной плоскости линзы 4 формируется фурье-образ распределения поля перед

Схема пространственной фильтрации: 1 - источник света; 2 - коллимирующая линза; 3- исследуемый объект; 4 и 6 - софокусные линзы; 5 - транспарант; 7 - плоскость изображений объекта.

этой линзой (см. Матричные методы в оптике). Транспарант осуществляет необходимое воздействие на спектр, линза 6 - обратное преобразование Фурье. Перевёрнутое изображение объекта находится в плоскости 7 на расстоянии 4f от него, где f - фокусное расстояние линз 4, 6 (для простоты считаем их идентичными).

Если объект является самосветящимся (плазма, продукты взрыва) и его зондаж осуществляется с помощью излучения источника 1, то для уменьшения засветки изображения собств. светом объекта используют транспарант в виде непрозрачного экрана с отверстием на оси, пропускающим весь поток зондирующего излучения. Для наблюдения мелких рассеивающих свет частиц и оптич. неоднородностей в прозрачных средах используют т. н. теневые методы, при к-рых перекрывают центр. часть сечения фокальной плоскости. В результате до системы регистрации доходит лишь рассеянный свет и распределение освещённости в плоскости 7 соответствует картине распределения неоднородностей (источников светорассеяния) в плоскости объекта.

Намного большая чувствительность к малым фазовым возмущениям достигается с помощью метода фазового контраста (метода Цернике). Прозрачный объект, являющийся источником возмущений, освещается идеальной плоской волной; после его прохождения распределение комплексной амплитуды волны приобретает вид

где f - зависящие от поперечных координат фазовые отклонения, к-рые и подлежат регистрации. Транспарант представляет собой прозрачную пластинку с таким утолщением (либо выемкой) в малой при-осевой зоне, что между светом, проходящим через эту зону и через остальную часть сечения, создаётся разность хода l/4.

При малых фазовых отклонениях f величина

1+if; первому члену разложения соответствует плоская волна (с и=const), фокусируемая линзой в центр. часть транспаранта, второму - рассеянный свет, проходящий мимо центр. зоны. Введение фазового сдвига между этими компонентами приводит к тому, что после фильтра

if = 1 - f, |u²|

(1 - f)²

1 - 2f. T. о., фазовые искажения превращаются в вариации интенсивности, причём в отличие от теневых методов реакция здесь является линейной.

Если, оставив транспарант там же, поместить в плоскость 7 плоское зеркало, свет на обратном пути будет подвергаться аналогичному преобразованию и при подходе к объектной плоскости окажется, что и

1 +

if=1-if

e^-i^f, т. е. реализуется обращение волнового фронта.

П. f. применяется также для улучшения качества изображений, распознавания образов, осуществления их сортировки и т. п. Напр., используя транспарант в виде непрозрачного экрана с щелью, можно избавиться от полос на изображении, вызванных строчной развёрткой; частично или полностью подавив низкие пространственные частоты, можно осуществить "оконтури-вание" изображений. Реализуемы фильтры, резко снижающие дефекты изображения, вызванные расфокусировкой при фотографировании; фильтры, отмечающие яркими точками в плоскости изображений местоположение к--л. заданной буквы в служащем объектом напечатанном тексте, и т. д. Следует, однако, иметь в виду, что распознавание образов резко затрудняется, если неизвестны заранее масштабы и ориентировка изображений соответствующих объектов.

При высококогерентных источниках света успешно используются эфф. фильтры самого разного назначения, изготовленные на основе методов голографии (см. Голо-графическое распознавание образов). Можно создать фильтры, воздействующие и на амплитуду, и на фазу отд. фурье-компонент с участием голограмм ,осуществляющих лишь амплитудную модуляцию падающего на них света (метод Люгта).

Реально производимая П. ф. нередко заменяется эквивалентной ей матем. обработкой результатов измерений световых полей (при необходимости - с воссозданием рассчитанных откорректиров. изображений).

Литература по пространственной фильтрации

Знаете ли Вы, в чем ложность понятия "физический вакуум"?

Физический вакуум - понятие релятивистской квантовой физики, под ним там понимают низшее (основное) энергетическое состояние квантованного поля, обладающее нулевыми импульсом, моментом импульса и другими квантовыми числами. Физическим вакуумом релятивистские теоретики называют полностью лишённое вещества пространство, заполненное неизмеряемым, а значит, лишь воображаемым полем. Такое состояние по мнению релятивистов не является абсолютной пустотой, но пространством, заполненным некими фантомными (виртуальными) частицами. Релятивистская квантовая теория поля утверждает, что, в согласии с принципом неопределённости Гейзенберга, в физическом вакууме постоянно рождаются и исчезают виртуальные, то есть кажущиеся (кому кажущиеся?), частицы: происходят так называемые нулевые колебания полей. Виртуальные частицы физического вакуума, а следовательно, он сам, по определению не имеют системы отсчета, так как в противном случае нарушался бы принцип относительности Эйнштейна, на котором основывается теория относительности (то есть стала бы возможной абсолютная система измерения с отсчетом от частиц физического вакуума, что в свою очередь однозначно опровергло бы принцип относительности, на котором постороена СТО). Таким образом, физический вакуум и его частицы не есть элементы физического мира, но лишь элементы теории относительности, которые существуют не в реальном мире, но лишь в релятивистских формулах, нарушая при этом принцип причинности (возникают и исчезают беспричинно), принцип объективности (виртуальные частицы можно считать в зависимсоти от желания теоретика либо существующими, либо не существующими), принцип фактической измеримости (не наблюдаемы, не имеют своей ИСО).

Когда тот или иной физик использует понятие "физический вакуум", он либо не понимает абсурдности этого термина, либо лукавит, являясь скрытым или явным приверженцем релятивистской идеологии.

Понять абсурдность этого понятия легче всего обратившись к истокам его возникновения. Рождено оно было Полем Дираком в 1930-х, когда стало ясно, что отрицание эфира в чистом виде, как это делал великий математик, но посредственный физик Анри Пуанкаре, уже нельзя. Слишком много фактов противоречит этому.

Для защиты релятивизма Поль Дирак ввел афизическое и алогичное понятие отрицательной энергии, а затем и существование "моря" двух компенсирующих друг друга энергий в вакууме - положительной и отрицательной, а также "моря" компенсирующих друг друга частиц - виртуальных (то есть кажущихся) электронов и позитронов в вакууме.

Однако такая постановка является внутренне противоречивой (виртуальные частицы ненаблюдаемы и их по произволу можно считать в одном случае отсутствующими, а в другом - присутствующими) и противоречащей релятивизму (то есть отрицанию эфира, так как при наличии таких частиц в вакууме релятивизм уже просто невозможен). Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.