CN111240027A - 一种基于轴棱锥-透镜组合的光学空间滤波系统及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于轴棱锥‑透镜组合的光学空间滤波系统及其工作方法，该系统包括沿光轴方向依次设置的相干光源、扩束准直器、输入物体、第一轴棱锥、第一傅里叶变换透镜、空间滤波器、第二傅里叶变换透镜、第二轴棱锥及输出图像接收器；相干光源出射相干光束，经过扩束准直器后照射输入物体，依次经过第一轴棱锥、第一傅里叶变换透镜；经过空间滤波器对空间频谱进行滤波；再经过第二傅里叶变换透镜和第二轴棱锥，由输出图像接收器接收输出图像。本发明结合了轴棱锥和透镜的光波变换特性，在频谱面上形成环形线圆对称频谱分布，根据此频谱分布特性，可以在频谱面上对物面上不同区域的物体实施不同类型的滤波操作和功能。

Description

一种基于轴棱锥-透镜组合的光学空间滤波系统及其工作 方法

技术领域

本发明涉及一种基于轴棱锥-透镜组合的光学空间滤波系统及其工作方法，属于光学信息处理技术领域。

背景技术

阿贝(Abbe)成像理论是现代成像光学和光学信息处理技术的基础。该理论认为：光学成像过程分为两步，第一步是从物面到频谱面，物光波中所包含的不同空间频率的信息成分对应于不同传播方向的平面波，这些平面波会聚于频谱面上的不同点形成空间频谱；第二步是从频谱面到像面，频谱面上的每一点作为次波源发出的次级球面波在像面叠加形成物体的像。光学空间滤波是在频谱面上通过施加滤波器改造频谱从而达到改造输出像的操作或过程。

传统光学空间滤波基于阿贝成像理论和透镜的傅里叶变换特性，最常用最典型的光学空间滤波系统是光学4f系统，在4f系统中，当采用沿光轴传播、波长为λ的单位振幅相干平面波波照明物体时，频谱面上空间频率坐标(f_x,f_y)与空间坐标(x,y)之间的对应关系为

和

其中λ是光波波长、f是透镜焦距；由此可见，在频谱面上，空间频率越高离坐标原点(轴上点)越远，零频成分(直流项)位于坐标原点，整体频谱分布呈现中心点对称分布；采用圆孔、圆屏及环形孔滤波器可以分别实现低通、高通及带通滤波，采用其它复杂形式的滤波器可以实现相应形式的滤波操作，如方向滤波、微分滤波、相衬滤波及复滤波等。

1987年，J.Durnin指出波动方程存在一组精确解，该精确解的垂轴光强分布不随传播距离而变化，从而首次提出无衍射(Non-diffracting)光束的概念[Durnin J.Exactsolutions for nondiffracting beams.I.The scalar theory.Journal of the opticalsociety of America A,1987,4(4):651-654.]，其中最简单的无衍射光束是零阶贝塞尔光束(Zero-order Bessel)，并随后提出采用环形狭缝和透镜组合产生零阶贝塞尔光束的方法[Durnin J,Miceli J J,Eberly J H.Diffraction-free beams.Physical ReviewLetters,1987,58(15):1499-1501.]。1992年，G.Scott提出采用轴棱锥(Axicon)产生贝塞尔光束的方法[G.Scott,N.McArdie.Efficient generation of nearly diffraction-free beams using an axicon.Opt.Eng.1992,31(12),2640-2643]。在物理本质上，零阶贝塞尔光束可以看作是锥面波(与光轴夹角相同、方位角在0-2π连续取值的无穷多个平面光波)叠加干涉的结果。2000年，S.Chavez-Cerda由锥面波叠加干涉理论分析了零阶贝塞尔光束经过透镜聚焦的性质[S Chávez-Cerda,New G H C.Evolution of focused Hankelwaves and Bessel beams[J].Optics Communications,2000,181(4-6):369-377.]。三十年多来，研究者们相继提出了多种产生贝塞尔光束的方法，其中一种方法是将轴棱锥的相位分布进行编码显示在空间光调制器上代替实际的轴棱锥；有关轴棱锥-透镜组合系统的成像特性也已经有很多文献研究，如文献[Jaroszewicz Z,Morales J.Lens axicons:Systems composed of a diverging aberrated lens and a perfect converginglens.Journal of the Optical Society of America A,1998,15(9)]；[翟中生.基于无衍射光的大景深成像技术研究[D].华中科技大学,2008.]。空间滤波的目的是通过改变光场的频谱结构，使该系统的像按照我们所希望的得到一定的改善，但是由于传统光学空间滤波系统所产生的频谱为中心点对称分布，这就使得我们不能对物面上不同区域的物体实施不同类型的滤波操作和功能。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出一种基于轴棱锥-透镜组合的光学空间滤波系统，该系统采用轴棱锥-透镜组合，将轴棱锥能够产生零阶贝塞尔光束的特性和透镜的傅里叶变换特性结合在一起，在频谱面上形成环形线圆对称频谱分布，频谱面上不同扇形区域或不同象限内的频谱分别对应于输入面上相应扇形区域或象限内的物体，实现分区域带通滤波操作和功能，即对物面上不同区域的物体实施不同类型的滤波操作和功能。

本发明还提供了基于轴棱锥-透镜组合的光学空间滤波系统的工作方法。

本发明的技术方案为：

一种基于轴棱锥-透镜组合的光学空间滤波系统，所述系统包括沿光轴方向依次设置的相干光源、扩束准直器、输入物体、第一轴棱锥、第一傅里叶变换透镜、空间滤波器、第二傅里叶变换透镜、第二轴棱锥及输出图像接收器；

所述输入物体所在的面为输入面，即物面，所述输入面位于所述第一傅里叶变换透镜的前焦面上；

所述空间滤波器所在的面为空间频谱面，所述空间频谱面位于所述第一傅里叶变换透镜的后焦面，且位于所述第二傅里叶变换透镜的前焦面；

所述输出图像接收器所在的面为输出面，即像面，所述输出面位于所述第二傅里叶变换透镜的后焦面上；

所述相干光源出射相干光束，经过扩束准直器后将相干光束准直成为沿光轴传播的平面光波，所述平面光波照射所述输入物体，依次经过所述第一轴棱锥产生零阶贝塞尔光束，经过所述第一傅里叶变换透镜对所述零阶贝塞尔光束进行傅里叶变换；在所述空间频谱面上形成所述输入物体的空间频谱，所述空间滤波器对所述空间频谱进行滤波；再经过第二傅里叶变换透镜及第二轴棱锥对物像进行校正，由输出图像接收器接收输出图像。

本发明中，所述第一傅里叶变换透镜和所述第二傅里叶变换透镜，用于实现傅里叶变换功能，二者组成光学4f系统。所述系统中采用轴棱锥-透镜组合，即所述第一轴棱锥和所述第一傅里叶变换透镜组合及所述第二傅里叶变换透镜和所述第二轴棱锥组合，将轴棱锥可以产生零阶贝塞尔光束的特性和透镜的傅里叶变换特性结合在一起，在空间频谱面上形成环形线圆对称频谱分布，空间频谱面上不同扇形区域或不同象限内的频谱分别对应于输入面上相应扇形区域或象限内的物体，可以实现分区域带通滤波操作和功能，即可以对物面上不同区域的物体实施不同类型的滤波操作和功能。

根据本发明优选的，所述空间滤波器的结构为下列结构之一：

四分之一圆区域带通滤波器，所述四分之一圆区域带通滤波器上设置有四分之一圆结构，所述四分之一圆区域内允许频谱分量通过，其他区域均对频谱分量截止；能够实现传统光学空间滤波系统能够所不能够实现的分区域带通滤波功能。

四分之三圆区域带通滤波器，所述四分之三圆区域带通滤波器上设置有四分之三圆结构，所述四分之三圆区域内允许频谱分量通过，其他区域均对频谱分量截止；能够实现传统光学空间滤波系统能够所不能够实现的分区域带通滤波功能。

低通滤波器，所述低通滤波器上设置有圆环结构，所述圆环结构的环形区域允许频谱分量通过，所述圆环结构的外环以外的区域和内环以内的区域上均对频谱分量截止；

高通滤波器，所述高通滤波器上设置有圆环结构，所述圆环结构的环形区域对频谱分量截止，圆环的内环以内的区域和圆环外环以外的区域均允许频谱分量通过。

采用以上不同的结构形式可以分别实现不同的滤波功能，如低通滤波、高通滤波、带通滤波，所述空间滤波器，除了可以实现传统光学空间滤波系统能够实现的所有滤波功能外，还可以实现传统光学空间滤波系统能够所不能够实现的分区域带通滤波功能。

根据本发明优选的，所述第一轴棱锥与所述第一傅里叶变换透镜之间的距离为Δz₁，f₁为第一傅里叶变换透镜的焦距，0≤Δz₁≤f₁。

根据本发明优选的，Δz₂为所述第二傅里叶变换透镜与所述第二轴棱锥的距离，f₂为第二傅里叶变换透镜的焦距，0≤Δz₂≤f₂。当满足0≤Δz₂≤f₂时，第二轴棱锥对图像起到校正的作用。

根据本发明优选的，所述第一轴棱锥与所述第二轴棱锥关于所述空间滤波器呈光学对称放置，即

或所述第一轴棱锥与所述第二轴棱锥非光学对称放置，即

在光学对称放置和非光学对称放置情况下，所得到的输出图像也不同；输出图像不同指的是对称放置时可消除输出图像的畸变，而非对称时候存在畸变。本发明提供的光学空间滤波系统的滤波系统的光路设计具有较好的灵活性。

根据本发明优选的，第一轴棱锥与第一傅里叶变换透镜之间及第二傅里叶变换透镜与第二轴棱锥之间通过下列方式之一设置在所述滤波系统中：

(1)通过实际的光学元件采用分离或胶合方式实现；

(2)运用计算机对第一轴棱锥与第一傅里叶变换透镜及第二傅里叶变换透镜与第二轴棱锥的相位分布函数进行离散抽样的模拟计算，然后显示在空间光调制器上；

(3)将实际的光学元件第一轴棱锥与第一傅里叶变换透镜直接制作加工在一起来制作成衍射光学器件；也将实际的光学元件第二傅里叶变换透镜与第二轴棱锥直接制作加工在一起来制作成衍射光学器件。当采用衍射光学器件实现时，可以大大降低系统的复杂程度。

根据本发明优选的，所述相干光源为激光光源或窄带LED光源；

进一步优选的，所述窄带LED光源的带宽为10^-2nm。窄带是指单色性好的连续光源，通常10^-2nm带宽的光源为窄带光源，单色性好，能量利用率高。

上述基于轴棱锥-透镜组合的光学空间滤波系统的工作方法，包括如下步骤：

(1)通过相干光源出射相干光束，相干光束经所述扩束准直器后形成沿光轴传播的平面光波，所述平面光波照射位于输入面上的输入物体；

(2)经第一轴棱锥和第一傅里叶变换透镜后在空间频谱面上形成输入物体的空间频谱；

(3)在空间频谱面上放置空间滤波器，经空间滤波器滤波后得到输入物体的功率谱；

(4)经空间滤波器滤波后的功率谱，再经第二傅里叶变换透镜与第二轴棱锥后，在输出面上得到滤波后的输出图像；

(5)更换不同的输入物体，重复(1)～(4)步骤，可得到不同输入物体滤波后的输出图像。

本发明的有益效果为：

1.本发明提出一种基于轴棱锥-透镜组合的光学空间滤波系统，该系统采用了轴棱锥和透镜组合，结合了轴棱锥和透镜的光波变换特性，在频谱面上得到的频谱分布与传统光学空间滤波系统所产生的中心点对称频谱分布不同，而是呈现环形线圆对称频谱分布，频谱面上不同扇形区域或不同象限内的频谱与输入面上的相应扇形区域或象限内的物体相对应；基于这种特殊结构的频谱分布形式，分别采用不同的滤波器结构实施不同的滤波操作，从而分别得到相应的输出图像。对于低通滤波、高通滤波、带通滤波、方向滤波及其它形式的滤波操作，本系统所采用的滤波器的结构与传统光学空间滤波系统中的不同，所得到的相应的输出像也不同。

2.本发明提供的光学空间滤波系统中，轴棱锥-透镜组合，既可以是实际的光学元件采用分离或胶合方式实现，也可以采用空间光调制器将轴棱锥-透镜组合的相位变换函数通过数字编码显示在空间光调制器上来实现，当采用相位空间光调制器实现时，可以大大提高系统的实时动态刷新特性。

3.本发明为基于轴棱锥-透镜组合的光学空间滤波系统提供了有效途径和方法，降低了滤波系统操作的复杂程度，提高了系统操作的灵活性。

附图说明

图1是实施例1提供的一种基于轴棱锥-透镜组合的光学空间滤波系统的整体结构示意图；

其中，1、相干光源，2、扩束准直器，3、输入面，4、输入物体，5、第一轴棱锥，6、第一傅里叶变换透镜，7、空间频谱面，8、空间滤波器，9、第二傅里叶变换透镜，10、第二轴棱锥，11、输出面；

图2是实施例1提供的输入物体的示意图；

图3是空间频谱面上得到的输入图像的功率谱；

图4-1是实施例1提供的具有某种截止频率的低通滤波器结构图；

图4-2是实施例3提供的具有某种截止频率的高通滤波器结构图；

图4-3是实施例4提供的四分之一圆区域带通滤波器结构图；

图4-4是实施例5提供的四分之三圆区域带通滤波器结构图；

图5-1是实施例1提供的经低通滤波器后的功率谱；

图5-2是实施例3提供的经高通滤波器后的功率谱；

图5-3是实施例4提供的经四分之一圆区域带通滤波器后的功率谱；

图5-4是实施例5提供的经四分之三圆区域带通滤波器后的功率谱；

图6-1是实施例1提供的经低通滤波器后的输出图像；

图6-2是实施例3提供的经高通滤波器后的输出图像；

图6-3是实施例4提供的经四分之一圆区域带通滤波器后的输出图像；

图6-4是实施例5提供的经四分之三圆区域带通滤波器后的输出图像。

具体实施方式

下面结合实施例和说明书附图对本发明做进一步说明，但不限于此。

实施例1

一种基于轴棱锥-透镜组合的光学空间滤波系统，如图1所示，系统包括沿光轴方向依次设置的相干光源1、扩束准直器2、输入物体4、第一轴棱锥5、第一傅里叶变换透镜6、空间滤波器8、第二傅里叶变换透镜9、第二轴棱锥10及输出图像接收器；

输入物体4所在的面为输入面3，即物面，输入面3位于第一傅里叶变换透镜6的前焦面上；

空间滤波器8所在的面为空间频谱面7，空间频谱面7位于第一傅里叶变换透镜6的后焦面，且位于第二傅里叶变换透镜9的前焦面；

输出图像接收器所在的面为输出面11，即像面，输出面11位于第二傅里叶变换透镜9的后焦面上；

相干光源1出射相干光束，经过扩束准直器2后将相干光束准直成为沿光轴传播的平面光波，平面光波照射输入物体4，依次经过第一轴棱锥5产生零阶贝塞尔光束，经过第一傅里叶变换透镜6对零阶贝塞尔光束进行傅里叶变换；在空间频谱面7上形成输入物体4的空间频谱，空间滤波器8对空间频谱进行滤波；再经过第二傅里叶变换透镜9及第二轴棱锥10对物像进行校正，由输出图像接收器接收输出图像。

本发明中，第一傅里叶变换透镜6和第二傅里叶变换透镜9，用于实现傅里叶变换功能，二者组成光学4f系统。系统中采用轴棱锥-透镜组合，即第一轴棱锥5和第一傅里叶变换透镜6组合及第二傅里叶变换透镜9和第二轴棱锥10组合，将轴棱锥可以产生零阶贝塞尔光束的特性和透镜的傅里叶变换特性结合在一起，在空间频谱面上7形成环形线圆对称频谱分布，空间频谱面7上不同扇形区域或不同象限内的频谱分别对应于输入面3上相应扇形区域或象限内的物体，可以实现分区域带通滤波操作和功能，即可以对物面上不同区域的物体实施不同类型的滤波操作和功能。

本实施例中，相干光源1为窄带LED光源，窄带LED光源的带宽为10^-2nm。

输入物体4如图2所示；输入物体4的功率谱即空间频谱强度分布，如图3所示，在空间频谱面7上得到的频谱分布与传统光学空间滤波系统所产生的中心点频率为0，由中心点向外空间频率越来越大的对称频谱分布不同，输入物体4在频谱面上形成的是一种环形线圆对称的频谱分布。

输出图像接收器可以为眼睛、接收屏或采用面阵光电探测器。例如，CCD，输出图像接收器用于观测经滤波操作后的输出图像。

本实施例中，第一傅里叶变换透镜6和第二傅里叶变换透镜9的焦距相等且为200mm，即取f₁＝f₂＝200mm；

第一轴棱锥5和第一傅里叶变换透镜6及第二傅里叶变换透镜9和第二轴棱锥10通过胶合的方式连接在一起，第一轴棱锥5和第一傅里叶变换透镜6之间的距离为0，第二傅里叶变换透镜9和第二轴棱锥10之间的距离为0，即取Δz₁＝Δz₂＝0。此时，第一轴棱锥5与第二轴棱锥10关于空间滤波器8呈光学对称放置，即

对称放置时可消除输出图像的畸变。当第一轴棱锥5和第一傅里叶变换透镜6之间及第二傅里叶变换透镜9和第二轴棱锥10之间的距离不等于零时，即取Δz₁＝Δz₂≠0，此时，通过实际的光学元件采用分离的方式实现。

本实施中，空间滤波器8为具有某种截止频率的低通滤波器，其结构如附图4-1所示，低通滤波器上设置有圆环结构，圆环结构的环形区域允许频谱分量通过，圆环结构的外环以外的区域和内环以内的区域上均对频谱分量截止；从而使得如图3所示的频谱分布中圆环上的频谱分量通过，其余部分被截止。

在空间频谱面7上经空间滤波器8滤波后得到输入物体4的功率谱，如附图5-1所示，经空间滤波器8滤波后的频谱，再经第二傅里叶变换透镜9和第二轴棱锥10后，在输出图像接收器上得到滤波后的输出图像，输出图像分别如图6-1所示。功率谱分析：通过图6-1我们可以得知，得到的图像整体比较清晰，说明频谱分量中的高频分量被截止，低频分量通过；图5-1中通过的频谱分量为低频分量。由此可知图3的频谱分布特性为低频分量位于环上，这与传统光学空间滤波系统所产生的低频成分位于中心是不同的。

实施例2

实施例1提供的一种基于轴棱锥-透镜组合的光学空间滤波系统的工作方法，包括如下步骤：

(1)通过相干光源1出射相干光束，相干光束经扩束准直器2后形成沿光轴传播的平面光波，平面光波照射位于输入面3上的输入物体4；

(2)经第一轴棱锥5和第一傅里叶变换透镜6后在空间频谱面7上形成输入物体4的空间频谱；

(3)在空间频谱面7上放置空间滤波器8，经空间滤波器8滤波后得到输入物体4的功率谱；

(4)经空间滤波器8滤波后的功率谱，再经第二傅里叶变换透镜9与第二轴棱锥10后，在输出面11上得到滤波后的输出图像；

(5)更换不同的输入物体4，重复(1)～(4)步骤，可得到不同输入物体4滤波后的输出图像。

实施例3

根据实施例1提供的一种基于轴棱锥-透镜组合的光学空间滤波系统，其区别之处在于：

本实施中，空间滤波器8为具有某种截止频率的高通滤波器，其结构如附图4-2所示，图中高通滤波器上设置有圆环结构，圆环结构的环形区域对频谱分量截止，圆环的内环以内的区域和圆环外环以外的区域均允许频谱分量通过。从而使得如图3所示的频谱分布中除圆环以外的频谱分量通过，圆环环形区域对频谱分量截止。

在空间频谱面7上经空间滤波器8滤波后得到输入物体4的功率谱，如附图5-2所示；经空间滤波器8滤波后的频谱，再经第二傅里叶变换透镜9和第二轴棱锥10后，在输出图像接收器上得到滤波后的输出图像，输出图像分别如图6-2所示。功率谱分析：通过图6-2我们可以得知，得到的图像边缘轮廓比较清晰，说明频谱分量中的低频分量被截止，高频分量通过；图5-2中通过的频谱分量为高频分量，由此可知图3的频谱分布特性为高频分量位于中心，这与传统光学空间滤波系统所产生的高频成分位于中心点两侧是不同的。

实施例4

根据实施例1提供的一种基于轴棱锥-透镜组合的光学空间滤波系统，其区别之处在于：

本实施中，如附图4-3所示，空间滤波器8为四分之一圆区域带通滤波器，四分之一圆区域带通滤波器上设置有四分之一圆结构，四分之一圆区域内允许频谱分量通过，其他区域均对频谱分量截止；能够实现传统光学空间滤波系统能够所不能够实现的分区域带通滤波功能。

在空间频谱面7上经空间滤波器8滤波后得到输入物体4的功率谱，如附图5-3所示；经空间滤波器8滤波后的频谱，再经第二傅里叶变换透镜9和第二轴棱锥10后，在输出图像接收器上得到滤波后的输出图像，输出图像分别如图6-3所示。功率谱分析：通过图6-3我们可以得知，图5-3中通过的频谱分量为四分之一圆的频谱分量，其它区域对频谱分量截止，由于滤波器的阻挡，从而输出图像只包含四分之一圆的信息。由此可知图3的频谱分布特性为一环形线圆，这与传统光学空间滤波系统探测半个功率谱的分布规律，就可以得到输入物体4的结构全貌是不同的。

实施例5

根据实施例1提供的一种基于轴棱锥-透镜组合的光学空间滤波系统，其区别之处在于：

本实施中，如附图4-4所示，空间滤波器8为四分之三圆区域带通滤波器，四分之三圆区域带通滤波器上设置有四分之三圆结构，四分之三圆区域内允许频谱分量通过，其他区域均对频谱分量截止；能够实现传统光学空间滤波系统能够所不能够实现的分区域带通滤波功能。

在频谱面上经空间滤波器8滤波后得到输入物体4的功率谱，如附图5-4所示；经空间滤波器8滤波后的频谱，再经第二傅里叶变换透镜9和第二轴棱锥10后，在输出图像接收器上得到滤波后的输出图像，输出图像分别如图6-4所示。功率谱分析：通过图6-4我们可以得知，图5-4中通过的频谱分量为四分之三圆区域的频谱分量，其它区域对频谱分量截止，由于滤波器的阻挡，从而输出图像不包含此四分之一圆的信息。由此可知图3的频谱分布特性为一环形线圆，这与传统光学空间滤波系统探测半个功率谱的分布规律，就可以得到输入物体4的结构全貌是不同的。

在具体实施方式中的示例中当采用其它结构或类型的滤波器如低通滤波、高通滤波、带通滤波、方向滤波、相衬滤波、微分滤波及复滤波器时，可以得到各自相应的滤波结果。

在具体实施方式中的示例中，仅示例给出了采用图2示例的一种物体结构，当采用其它物体时，可以得到相应的滤波结果。

实施例6

根据实施例1提供的一种基于轴棱锥-透镜组合的光学空间滤波系统，其区别之处在于：

第一轴棱锥5与第二轴棱锥10非光学对称放置，即

运用计算机对第一轴棱锥5与第一傅里叶变换透镜6及第二傅里叶变换透镜9与第二轴棱锥10的相位分布函数进行离散抽样的模拟计算，然后显示在空间光调制器上；替代实际的光学元件第一轴棱锥5与第一傅里叶变换透镜6及第二傅里叶变换透镜9与第二轴棱锥10。采用纯相位空间光调制器实现时，可以大大提高系统的实时动态刷新特性。

实体轴棱锥是一种线性的光学元件，但是我们用于模拟计算的软件matlab是一种矩阵运算，并且空间光调制器是一种离散化的光学元件，为了能使其实现轴棱锥的功能，我们必须运用matlab对轴棱锥的相位分布函数进行离散化表示之后，然后才能将其显示在空间光调制器上。

实施例7

根据实施例1提供的一种基于轴棱锥-透镜组合的光学空间滤波系统，其区别之处在于：

将实际的光学元件第一轴棱锥5与第一傅里叶变换透镜6直接制作加工在一起来制作成衍射光学器件；也将实际的光学元件第二傅里叶变换透镜9与第二轴棱锥10直接制作加工在一起来制作成衍射光学器件。当采用衍射光学器件实现时，可以大大降低系统的复杂程度。

Claims (8)

1.一种基于轴棱锥-透镜组合的光学空间滤波系统，其特征在于，所述系统包括沿光轴方向依次设置的相干光源、扩束准直器、输入物体、第一轴棱锥、第一傅里叶变换透镜、空间滤波器、第二傅里叶变换透镜、第二轴棱锥及输出图像接收器；

所述输入物体所在的面为输入面，即物面，所述输入面位于所述第一傅里叶变换透镜的前焦面上；

所述空间滤波器所在的面为空间频谱面，所述空间频谱面位于所述第一傅里叶变换透镜的后焦面，且位于所述第二傅里叶变换透镜的前焦面；

所述输出图像接收器所在的面为输出面，即像面，所述输出面位于所述第二傅里叶变换透镜的后焦面上；

所述相干光源出射相干光束，经过扩束准直器后将相干光束准直成为沿光轴传播的平面光波，所述平面光波照射所述输入物体，依次经过所述第一轴棱锥产生零阶贝塞尔光束，经过所述第一傅里叶变换透镜对所述零阶贝塞尔光束进行傅里叶变换；在所述空间频谱面上形成所述输入物体的空间频谱，所述空间滤波器对所述空间频谱进行滤波；再经过第二傅里叶变换透镜及第二轴棱锥对物像进行校正，由输出图像接收器接收输出图像。

2.根据权利要求1所述的一种基于轴棱锥-透镜组合的光学空间滤波系统，其特征在于，所述空间滤波器的结构为下列结构之一：

四分之一圆区域带通滤波器，所述四分之一圆区域带通滤波器上设置有四分之一圆结构，所述四分之一圆区域内允许频谱分量通过，其他区域均对频谱分量截止；

四分之三圆区域带通滤波器，所述四分之三圆区域带通滤波器上设置有四分之三圆结构，所述四分之三圆区域内允许频谱分量通过，其他区域均对频谱分量截止；

低通滤波器，所述低通滤波器上设置有圆环结构，所述圆环结构的环形区域允许频谱分量通过，所述圆环结构的外环以外的区域和内环以内的区域上均对频谱分量截止；

高通滤波器，所述高通滤波器上设置有圆环结构，所述圆环结构的环形区域对频谱分量截止，圆环的内环以内的区域和圆环外环以外的区域均允许频谱分量通过。

3.根据权利要求1所述的一种基于轴棱锥-透镜组合的光学空间滤波系统，其特征在于，所述第一轴棱锥与所述第一傅里叶变换透镜之间的距离为Δz₁，f₁为第一傅里叶变换透镜的焦距，0≤Δz₁≤f₁。

4.根据权利要求3所述的一种基于轴棱锥-透镜组合的光学空间滤波系统，其特征在于，Δz₂为所述第二傅里叶变换透镜与所述第二轴棱锥的距离，f₂为第二傅里叶变换透镜的焦距，0≤Δz₂≤f₂。

5.根据权利要求4所述的一种基于轴棱锥-透镜组合的光学空间滤波系统，其特征在于，所述第一轴棱锥与所述第二轴棱锥关于所述空间滤波器呈光学对称放置，即

或所述第一轴棱锥与所述第二轴棱锥非光学对称放置，即

6.根据权利要求1所述的一种基于轴棱锥-透镜组合的光学空间滤波系统，其特征在于，第一轴棱锥与第一傅里叶变换透镜之间及第二傅里叶变换透镜与第二轴棱锥之间通过下列方式之一设置在所述滤波系统中：

(1)通过实际的光学元件采用分离或胶合方式实现；

(2)运用计算机对第一轴棱锥与第一傅里叶变换透镜及第二傅里叶变换透镜与第二轴棱锥的相位分布函数进行离散抽样的模拟计算，然后显示在空间光调制器上；

(3)将实际的光学元件第一轴棱锥与第一傅里叶变换透镜直接制作加工在一起来制作成衍射光学器件；也将实际的光学元件第二傅里叶变换透镜与第二轴棱锥直接制作加工在一起来制作成衍射光学器件。

7.根据权利要求1所述的一种基于轴棱锥-透镜组合的光学空间滤波系统，其特征在于，所述相干光源为激光光源或窄带LED光源；

进一步优选的，所述窄带LED光源的带宽为10^-2nm。

8.如权利要求1-7任一项所述的基于轴棱锥-透镜组合的光学空间滤波系统的工作方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)通过相干光源出射相干光束，相干光束经所述扩束准直器后形成沿光轴传播的平面光波，所述平面光波照射位于输入面上的输入物体；

(2)经第一轴棱锥和第一傅里叶变换透镜后在空间频谱面上形成输入物体的空间频谱；

(3)在空间频谱面上放置空间滤波器，经空间滤波器滤波后得到输入物体的功率谱；

(4)经空间滤波器滤波后的功率谱，再经第二傅里叶变换透镜与第二轴棱锥后，在输出面上得到滤波后的输出图像；

(5)更换不同的输入物体，重复(1)～(4)步骤，可得到不同输入物体滤波后的输出图像。

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