波、光5.光信息處理概述.ppt

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1、*光信息處理概述南京地區(qū)衛(wèi)星照片的假彩色片1用改變頻譜的手段來(lái)處理信息。信息光學(xué)也稱(chēng)為變換光學(xué)或付里葉光學(xué)，代激光問(wèn)世后，迅速發(fā)展為一門(mén)新的光學(xué)學(xué)科?；舅枷耄河妙l譜的語(yǔ)言分析物面的信息，物面空間頻譜分析系統(tǒng)空間頻譜頻譜處理系統(tǒng)處理后的物像20世紀(jì)60年它的基本概念起源于19世紀(jì)后期。2例如光柵：一.空間頻率：?jiǎn)挝婚L(zhǎng)度內(nèi)空間分布重復(fù)的次數(shù)任何周期性空間分布，都有一定的空間頻率，d—空間周期，—空間頻率???dx同相面xz0z?（??xz面）又如單色平面波，空間周期dz?=?z：空間頻率x：對(duì)傳播方向z?：3可見(jiàn)，同一個(gè)波在不同方向空間頻率也不同。對(duì)任意方向傳播的單色平面波：???xz0z

2、?y?4二.光柵夫瑯禾費(fèi)衍射的空間頻率x向：y向：?由明紋條件有??y?⊙xzGLkfF（物）（焦平面）?：衍射角5阿貝從波動(dòng)光學(xué)角度對(duì)透鏡成像做了新解釋?zhuān)欢ǖ?對(duì)應(yīng)一定的fx，也對(duì)應(yīng)一定的k。（1）物是一系列不同的空間頻率信息的集合，的討論：對(duì)中央明紋反映的是物上不變化的部分。（2）物上不變的部分d??，即fx=0，?=0。三.阿貝（E.Abbe）成像原理他指出，成像過(guò)程可分解為兩步：6入射光經(jīng)物平面發(fā)生夫瑯禾費(fèi)衍射，在L的焦平面上形成一系列的衍射斑紋，此即物的空間頻譜。第一步：各衍射斑紋發(fā)出的子波在像平面上相干第二步：疊加形成物的像。?+1?10???fF發(fā)子波物面LAA?像平面相

3、干疊加成像頻譜面??1?+17這樣，我們對(duì)夫瑯禾費(fèi)衍射又有了新認(rèn)識(shí)：理想的夫瑯禾費(fèi)衍射裝置—透鏡，正是一個(gè)付在數(shù)學(xué)上我們可以將一個(gè)函數(shù)作付里葉展開(kāi)。同樣，一張圖（物）也是由許多不同空間頻率單色光正入射到圖上時(shí)，通過(guò)夫瑯禾費(fèi)衍射，一定空間頻率的信息就被一束特定方向的衍射波輸送出來(lái)，的單頻率信息所組成。并且以衍射斑紋的形式展現(xiàn)在透鏡L的焦平面上。所以，里葉頻譜面（付氏面）。里葉頻譜分析器，透鏡的后焦面就是圖片的付8一個(gè)透鏡就是一個(gè)光學(xué)模擬計(jì)算機(jī)。以上認(rèn)識(shí)給了光學(xué)一個(gè)強(qiáng)有力的數(shù)學(xué)手段—付氏分析，也給了數(shù)學(xué)上的付氏變換的運(yùn)算提供了一個(gè)新技術(shù)—光學(xué)計(jì)算術(shù)。光學(xué)模擬計(jì)算機(jī)的優(yōu)點(diǎn)：1）能直接處理連續(xù)函

4、數(shù)，不需要抽樣離散化…2）能直接處理二元函數(shù)f(x,y)。3）是并行輸入，光束交叉可獨(dú)立傳播。4）速度快，不受電路時(shí)間常數(shù)RC的限制。5）裝置簡(jiǎn)單，價(jià)格低。9光學(xué)模擬計(jì)算機(jī)的不足：1）直接處理數(shù)據(jù)信號(hào)很困難。2）易受干擾。3）只能進(jìn)行付氏變換運(yùn)算，作其它運(yùn)算困難。光學(xué)專(zhuān)家和計(jì)算機(jī)專(zhuān)家們正在探索光學(xué)計(jì)算機(jī)由模擬化走向數(shù)字化。利用光學(xué)雙穩(wěn)態(tài)元件（如一些電光晶體器件），可以在電信號(hào)的控制下，達(dá)到透光和不透光，即實(shí)現(xiàn)（0，1）狀態(tài)，從而可實(shí)現(xiàn)數(shù)字化。10光開(kāi)關(guān)的速度10億次/秒運(yùn)算速度100萬(wàn)次/秒不久達(dá)到幾億次/秒1990.1.29貝爾實(shí)驗(yàn)室數(shù)字光處理器：1993年1cm2GaAs襯底上集成了

5、一百多個(gè)電泵浦微型激光器。光計(jì)算機(jī)要求光子元件小型化、集成化——集成光路光子技術(shù)是本世紀(jì)初國(guó)際技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)之一。美國(guó)防部將此列為22項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)之一。同年美國(guó)研制成了世界上首臺(tái)光計(jì)算機(jī)。11四.空間濾波總是要丟掉較高頻的信息。由于透鏡的孔徑有限，使物光通過(guò)透鏡后，???????F0+1+2?1?2S?S物點(diǎn)像點(diǎn)對(duì)應(yīng)于截止頻率fc丟失了高頻的信息L12改變頻譜可改變物光的信息使用透鏡會(huì)丟失高頻信息，在頻譜面上放置空間濾波器，可改造空間頻譜。低通濾波器F高通濾波器F帶通濾波器F從另一角度說(shuō)明，—空間濾波。13txad濾波器一片亮，無(wú)變化x(振幅)U?00???基頻-1+1基頻????-1-2

6、+2+1?+3?-3IxUaxIx0無(wú)直流成分反襯度反轉(zhuǎn)Ux直流成分?阿貝（1874）波特（1906）實(shí)驗(yàn)：0?????-1-2+2+1xL黑白光柵頻譜面像面?t(振幅透?+3?-3過(guò)率)14L?yx物像???????保留fy的頻譜：保留fx的頻譜：???????yx???????保留f?的頻譜：?方向?????????????????????F????????????????????????????????????????????????????????????yx?15五.光信息處理舉例▲輪廓突出和低對(duì)比度圖形的識(shí)別（邊緣增強(qiáng)）I背景信號(hào)對(duì)比度高背景I背景信號(hào)對(duì)比度低背景以?xún)?nèi)及背景光

7、強(qiáng)變化較慢，勾出物體輪廓，是識(shí)別低對(duì)比度圖形或物體的有效方法。邊緣亮度變化劇烈，高頻成分豐富。物體某部分的亮度與背景亮度之比叫對(duì)比度。主要是低頻和直流成分。物體邊緣16從而突出輪廓亮度——形成亮的鑲邊。方法：在物的頻譜面F上放一個(gè)高通濾波器（玻璃片中心鍍個(gè)不透明的斑），擋掉0級(jí)和低頻成分，高頻濾波和輪廓突出F大頭針LP1P2擴(kuò)束亮邊17輪廓突出前輪廓突出后18▲光學(xué)去污???????帶污點(diǎn)的網(wǎng)格純凈網(wǎng)格???????污點(diǎn)用純凈網(wǎng)格譜