《光學(xué)信息處理》課件

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1、第八章　　光學(xué)信息處理8.1引言一　光學(xué)信息處理的概念光學(xué)信息：指光的強(qiáng)度(或振幅)、相位、顏色(波長)和偏振態(tài)光學(xué)信息處理的方法（兩種分類方法）：其一：根據(jù)處理系統(tǒng)是否滿足線性疊加性質(zhì)，而分為線性處理和和非線性處理。其二：根據(jù)使用光源的時(shí)間和空間相干性分為相干光處理、非相干光處理和白光處理。光學(xué)信息處理：是基于光學(xué)頻譜分析，利用傅里葉綜合技術(shù)，通過空域或頻域調(diào)制，借助空間濾波技術(shù)對光學(xué)信息進(jìn)行處理的過程，多用于對二維圖像的處理。1859年　法國佛科刀口檢驗(yàn)，提出去除透射光而保留散射或衍射光1873年　德國科學(xué)家阿貝(Abbe)創(chuàng)建了二次成像理論。1935年　荷蘭

2、澤尼克發(fā)明了相襯顯微鏡。（最早期的空間濾波技術(shù)）1946年　杜弗把光學(xué)成像系統(tǒng)看作線性濾波器，成功用傅里葉方法分析成像過程：《FT及其在光學(xué)中的應(yīng)用》。1963年　范特拉格特提出用全息技術(shù)制作復(fù)空間濾波。1965年　羅曼和布勞恩使用計(jì)算機(jī)制作空間濾波器。1970年　轉(zhuǎn)向非相干光處理、白光處理。1980年　光計(jì)算。二　歷史發(fā)展三　光學(xué)處理與數(shù)字處理的比較數(shù)字圖像處理：指計(jì)算機(jī)圖像處理光學(xué)信息處理：指利用傅里葉綜合技術(shù)，借助空間濾波技術(shù)對二維圖像的處理。光學(xué)信息處理是并行處理，平行光照明時(shí)，記錄在輸入透明片上的所有數(shù)據(jù)點(diǎn)可同時(shí)輸入系統(tǒng)進(jìn)行處理。特別適用對圖像的快速和實(shí)

3、時(shí)處理。數(shù)字圖像處理是串行逐點(diǎn)處理，通過對圖像掃描，產(chǎn)生時(shí)間序列的信號，再經(jīng)過抽樣變?yōu)閿?shù)字信號由計(jì)算機(jī)處理。從原理上講是慢速處理。光學(xué)信息處理優(yōu)點(diǎn)：信息處理容量大；運(yùn)算速度快；結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，尤其適用于實(shí)現(xiàn)二維傅里葉變換，二維復(fù)函數(shù)的卷積和相關(guān)等運(yùn)算。數(shù)字圖像處理優(yōu)點(diǎn)：靈活進(jìn)行各種運(yùn)算，具有可編程、控制、分析和判斷的能力。此外，計(jì)算機(jī)運(yùn)算精度高?；旌蠑?shù)字光學(xué)處理系統(tǒng)：既具有光學(xué)處理器大信息容量和二維并行處理、快速運(yùn)算的能力，又具有數(shù)字計(jì)算機(jī)運(yùn)算精度高、靈活性好、便于控制和判斷的能力。8.２相干濾波的基本原理幾何光學(xué)描述:光線，透鏡折射FP1P3LP2S'SFP

4、1P1P1LS'S波動(dòng)光學(xué)描述:光波，波前變換信息光學(xué)描述？阿貝(1873年，德國)在研究如何提高顯微鏡的分辯本領(lǐng)時(shí)，提出了阿貝成像理論，為現(xiàn)代成像光學(xué)、信息光學(xué)奠定了基礎(chǔ)。8.2.1阿貝成像理論與阿貝—波特實(shí)驗(yàn)阿貝成像理論(衍射成像理論P(yáng)145)(1)物體是不同空間頻率信息成分的疊加集合。(2)成像過程可分為兩步：入射光場經(jīng)物面發(fā)生衍射，形成頻譜；頻譜面上每一點(diǎn)作為次波源發(fā)出次級球面波，這些次級球面波在像面疊加，形成物體的像。ObjectP1P2P3阿貝—波特實(shí)驗(yàn)P2P3意義：首次引入空間頻譜概念，啟發(fā)人們用頻譜的語言分析成像，可用改造頻譜的方法改造信息。阿貝成

5、像理論實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證P1豎直狹縫水平狹縫8.2.2空間濾波的概念、數(shù)學(xué)描述、系統(tǒng)1.空間濾波概念：若物面上所有空間頻譜都能參與成象，則象面的復(fù)振幅分布將與物面相同，將得到與原物完全相似像（放大或縮小）。若在空間頻譜面上插入濾波器(如狹縫、圓孔等),則某些頻譜成分將被除去或改變(振幅減小或相位改變)，所成的像就會(huì)發(fā)生變化。這與電信號的濾波處理類似,因此常稱為空間濾波。凡是能夠改變頻譜，從而改變輸出信息的操作——都可稱之為空間濾波。實(shí)現(xiàn)濾波操作的器件——空間濾波器?？臻g濾波的具體作法：先經(jīng)FT在頻譜面上得到物信息的頻譜，在頻譜面上放置濾波器，以改變或提取某些頻段的振幅或相位

6、；再經(jīng)IFT，在輸出面上即可得到濾波后的輸出信息。2.空間濾波數(shù)學(xué)描述：在頻域中，濾波操作是乘積：F′(u,v)=F(u,v)H(u,v)在空域中，濾波操作是卷積：f′(x,y)=f(x,y)*h(x,y)H(u,v)：濾波函數(shù)；h(x,y)：脈沖響應(yīng)IFTf?(x,y)3.相干濾波系統(tǒng)4-f系統(tǒng)（三透鏡系統(tǒng)）y1y2,uL1L2L3x2,vx1Lightsourcey3x3ffffCollimatorObjectplaneSpectrumplaneImageplaneAnalysisSynthesis雙透鏡系統(tǒng)（1）y1L1L2y2,ux2,vx1Lightso

7、urcey3x3pfqCollimatorObjectplaneSpectrumplaneImageplaneAnalysisandSynthesis雙透鏡系統(tǒng)（2）y1L1L2y2,ux2,vx1Lightsourcey3x3dp1q1p2q2ObjectplaneSpectrumplaneImageplaneAnalysisSynthesis單透鏡系統(tǒng)y1Ly2,ux2,vx1Lightsourcey3x3dp1q1p2q2ObjectplaneSpectrumplaneImageplaneAnalysisandSynthesis8.2.3空間濾波的傅立葉分析

8、以一維矩形