1874年,德国人阿贝从波动光学的观点提出了一种成像理论。他把物体或图片看成包含一系列空间频率的衍射屏,物体通过透镜成像的过程分为两步:(1)通过衍射屏的光发生夫琅和费衍射,在透镜的后焦平面F(又称为付氏面或变换面)上形成其付里叶频谱图;(2)将后焦平面F上频谱图的看成新的"波面",频谱图上的各发光点发出的球面次级波在像平面上相干叠加而形成像。可以说,第一步是信息分解,第二步是信息合成。这种理论称为阿贝成像原理。它是光学信息处理的理论基础。

右上图是利用阿贝成像原理设计的图像处理系统(简称 4f 系统)。右上图是这个系统的结构说明图:透镜成共焦组合; 为物平面,由点光源 S 通过透镜形成的平行光照射此平面上的图片(衍射屏);后焦面为变换面,在此平面上形成图片的频谱;通过此频谱面的光通过透镜后在其后焦面上相干叠加生成像,为像平面。

 

在此装置中,如果在变换面处不加任何遮光屏,则展现在此平面上的频谱将通过透镜 在像平面上叠加成与原物一样的像。

在变换面上放置一个遮光屏,它只允许某些空间频率的光信号通过,这样所得到的象就只含有和透过的空间频率相对应的光信息,这就改变了像的质量,从而可以取得原图像信息中那些人们特别感兴趣的光学信息。放在变换面上的遮光屏实际上起了选频的作用,因而遮光屏又称为空间滤波器。低通滤波器是指只允许低频信号通过的滤波器。这时,遮光屏只在中央有个圆孔。如果遮光屏只是一个较小的不透光圆屏,则较高空间频率的光信号可以从其周围通过,因而称为高通滤波器。

空间滤波是光学信息处理的一种方式。如下图(a),滤波器是只在中央留有一条竖直缝的遮光屏,则只有中间一条竖直列的光斑发的光可以通过,因而只保留了竖直方向空间频率,于是在像平面上只出现原来水平光栅的像。同样道理,滤波器是只在中央留有一条水平缝的遮光屏,则其象平面上将形成原来竖直光栅的像(图(b))。有斜缝的滤波器,则形成斜缝光栅的像(如图(c));若将正交光栅的频谱制成“负片”,频谱图上的亮点就被抹黑,而其它处透明。这样的滤波器可以档住网格的所有信息,但部分网格上的污点能在像平面上出现,如图(d)所示。