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1、第八章 光学信息处理8.1引言一 光学信息处理的概念光学信息：指光的强度(或振幅)、相位、颜色(波长)和偏振态光学信息处理的方法（两种分类方法）：其一：根据处理系统是否满足线性叠加性质，而分为线性处理和和非线性处理。其二：根据使用光源的时间和空间相干性分为相干光处理、非相干光处理和白光处理。光学信息处理：是基于光学频谱分析，利用傅里叶综合技术，通过空域或频域调制，借助空间滤波技术对光学信息进行处理的过程，多用于对二维图像的处理。1859年 法国佛科刀口检验，提出去除透射光而保留散射或衍射光1873年 德国科学家阿贝(Abbe)创建了二次成像理论。1935年 荷兰
2、泽尼克发明了相衬显微镜。（最早期的空间滤波技术）1946年 杜弗把光学成像系统看作线性滤波器，成功用傅里叶方法分析成像过程：《FT及其在光学中的应用》。1963年 范特拉格特提出用全息技术制作复空间滤波。1965年 罗曼和布劳恩使用计算机制作空间滤波器。1970年 转向非相干光处理、白光处理。1980年 光计算。二 历史发展三 光学处理与数字处理的比较数字图像处理：指计算机图像处理光学信息处理：指利用傅里叶综合技术，借助空间滤波技术对二维图像的处理。光学信息处理是并行处理，平行光照明时，记录在输入透明片上的所有数据点可同时输入系统进行处理。特别适用对图像的快速和实
3、时处理。数字图像处理是串行逐点处理，通过对图像扫描，产生时间序列的信号，再经过抽样变为数字信号由计算机处理。从原理上讲是慢速处理。光学信息处理优点：信息处理容量大；运算速度快；结构简单，操作方便，尤其适用于实现二维傅里叶变换，二维复函数的卷积和相关等运算。数字图像处理优点：灵活进行各种运算，具有可编程、控制、分析和判断的能力。此外，计算机运算精度高。混合数字光学处理系统：既具有光学处理器大信息容量和二维并行处理、快速运算的能力，又具有数字计算机运算精度高、灵活性好、便于控制和判断的能力。8.２相干滤波的基本原理几何光学描述:光线，透镜折射FP1P3LP2S'SFP
4、1P1P1LS'S波动光学描述:光波，波前变换信息光学描述？阿贝(1873年，德国)在研究如何提高显微镜的分辩本领时，提出了阿贝成像理论，为现代成像光学、信息光学奠定了基础。8.2.1阿贝成像理论与阿贝—波特实验阿贝成像理论(衍射成像理论P145)(1)物体是不同空间频率信息成分的叠加集合。(2)成像过程可分为两步：入射光场经物面发生衍射，形成频谱；频谱面上每一点作为次波源发出次级球面波，这些次级球面波在像面叠加，形成物体的像。ObjectP1P2P3阿贝—波特实验P2P3意义：首次引入空间频谱概念，启发人们用频谱的语言分析成像，可用改造频谱的方法改造信息。阿贝成
5、像理论实验验证P1竖直狭缝水平狭缝8.2.2空间滤波的概念、数学描述、系统1.空间滤波概念：若物面上所有空间频谱都能参与成象，则象面的复振幅分布将与物面相同，将得到与原物完全相似像（放大或缩小）。若在空间频谱面上插入滤波器(如狭缝、圆孔等),则某些频谱成分将被除去或改变(振幅减小或相位改变)，所成的像就会发生变化。这与电信号的滤波处理类似,因此常称为空间滤波。凡是能够改变频谱，从而改变输出信息的操作——都可称之为空间滤波。实现滤波操作的器件——空间滤波器。空间滤波的具体作法：先经FT在频谱面上得到物信息的频谱，在频谱面上放置滤波器，以改变或提取某些频段的振幅或相位
6、；再经IFT，在输出面上即可得到滤波后的输出信息。2.空间滤波数学描述：在频域中，滤波操作是乘积：F´(u,v)=F(u,v)H(u,v)在空域中，滤波操作是卷积：f´(x,y)=f(x,y)*h(x,y)H(u,v)：滤波函数；h(x,y)：脉冲响应IFTf(x,y)3.相干滤波系统4-f系统（三透镜系统）y1y2,uL1L2L3x2,vx1Lightsourcey3x3ffffCollimatorObjectplaneSpectrumplaneImageplaneAnalysisSynthesis双透镜系统（1）y1L1L2y2,ux2,vx1Lightso
7、urcey3x3pfqCollimatorObjectplaneSpectrumplaneImageplaneAnalysisandSynthesis双透镜系统（2）y1L1L2y2,ux2,vx1Lightsourcey3x3dp1q1p2q2ObjectplaneSpectrumplaneImageplaneAnalysisSynthesis单透镜系统y1Ly2,ux2,vx1Lightsourcey3x3dp1q1p2q2ObjectplaneSpectrumplaneImageplaneAnalysisandSynthesis8.2.3空间滤波的傅立叶分析
8、以一维矩形
