第3章_非相干光学信息处理

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1、第三章非相干光学信息处理8/6/20211第三章非相干光学信息处理3．1杨氏干涉仪和空间相干性3．2非相干像的形成3．3MTF的测量3．4非相干空间滤波3．5迈克耳孙干涉仪和时间相干性3．6傅里叶变换光谱仪3．7投影显示的消像素技术3．8计算层析技术3．9结论8/6/20212光学信息处理第三章非相干光学信息处理由于廉价的激光器的广泛应用，非相干光学信息处理已变得不那么重要了，与相干光学信息处理相比，非相干光学信息处理的优势很少．现在很少有人试图去建立一个非相干光学信息处理器，例如非相干光学相关器(参见第四章)．尽管如此，大量光学仪器仍是采用非

2、相干光或自然光作为光源的，其中大多数是成像仪器，例如照相机、显微镜、望远镜、投影仪、制版设备等等．应当说，常规意义下的成像，也是光学信息处理的重要应用，在这个意义上，非相干光学信息处理的基本概念仍然有必要加以研究，这些概念已广泛应用于非相干光成像之中．8/6/20213光学信息处理3.1杨氏干涉仪和空间相干性干涉仪是产生光波干涉的仪器或装置，仅仅相干光才能产生干涉效应，因此干涉仪是研究光的干涉性的恰当的设备。常见的杨氏干涉仪是由双狭缝或双孔构成的。光源相干性：如果在屏上能得到相干的条纹的话，就说照明小孔的光波是相干的。图3.1同轴点光源杨氏干涉

3、仪8/6/20214光学信息处理光源相干性如果点光源位于轴外，则干涉条纹也将发生位移，亮纹将在W，V等处出现，如图3.2所示．此时仍然有(a+c)＝(b+d)，和(b+f)＝(a+e+)．如果S1和S2同时存在，将看到两个独立的干涉图样的非相干叠加，因为S1和S2是非相干的。图3．2离轴点光源杨氏干涉仪8/6/20215光学信息处理空间相干性杨氏干涉仪可以用来研究光波的相干性。通过P1和P2两个小孔是否在屏上产生干涉条纹来确定照明这两点的光波是否相干。若屏上出现高反差的条纹，光波就是相干的；若屏上出现均匀的照明，光波就是非相干的；若屏上出现低

4、反差的条纹，光波就是部分相干的。以P1、P2的位置为函数的相干性表征光波在P1、P2的相干的程度，称为空间相干性。8/6/20216光学信息处理空间相干性的测量我们可以改变P1和P2的间距来测量空间相干性。间距增大时，发生两个效应，一个是条纹间距的变小，另一个是条纹反差度的下降。条纹反差度决定了空间相干性。如果小孔的间距大于某一极限后屏上的条纹不再出现，则称此极限间距为空间相干宽度(spatialcoherencewidth)．在相干光处理系统中，我们总是假定空间相干宽度大于光学系统的横向特征尺度；在非相干光处理系统中，我们总是假定空间相干宽度

5、为零；而在部分相干光处理系统中，假定空间相干宽度大于零，并小于系统的特征尺度。8/6/20217光学信息处理3.2非相干像的形成1、相干光的成像过程(相干光的照明)设在输入平面上有一点光源(x,y)，在输出平面上的像即系统的脉冲响应为h(x,y)，相应的强度分布为

6、h(x,y)

7、2．输入的二维物体大量点源的连续分布输出的复振幅是所有点源对应的h(x,y)的叠加．输入物体的复振幅分布为f(x,y)输出像的复振幅分布为g(,)=f(,)*h(,),在频域中的表达式为G(u,v)=F(u,v)H(u,v)输出的光强分布为

8、g(,)

9、

10、2其中G，F和H分别是g，f和h的傅里叶变换，H(u,v)又称成像系统的相干传递函数,简写为CTF(coherenttransferfunction)8/6/20218光学信息处理复振幅的脉冲响应仍是h(x,y)，相应的强度分布为

11、h(x,y)

12、2．由于照明光为非相干光，从各个点光源辐射的光波彼此是不相干的，各点光源的像也是彼此不相干的，输出像是输入平面物体上各点的像的强度叠加，其强度分布为

13、g(,)

14、2=∞-∞

15、f(x,y)

16、2

17、h(-x,-y)

18、2dxdy在频域中:GI(u,v)=FI(u,v)HI(u,v)式中GI，FI和H

19、I分别表示

20、g

21、2,

22、f

23、2和

24、h

25、2的傅里叶变换．

26、h(x,y)

27、2又称点扩散函数，记为PSF(pointspreadfunction)，而HI(u,v)则称为非相干成像系统的传递函数，简称光学传递函数，简写为OTF(opticaltransferfunction)．2、非相干光的成像过程(非相干光的照明)8/6/20219光学信息处理2、非相干光的成像过程(非相干光的照明)由于H(u,v)是h(x,y)的傅里叶变换，根据傅里叶变换的法则，

28、h(x,y)

29、2的傅里叶变换为H(u,v)的自相关，亦即HI(u,v)=∞-∞H*(p,q)H(p

30、+u,q+v)dpdq上式表明OTF是CTF的自相关．OTF通常是复函数，可表为OTF=

31、OTF

32、exp(i)=MTFexp(i)记MTF=

33、OT