《光学信息技术》PPT课件

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1、光学信息技术主讲老师：郭汉明办公室：光电学院218室联系方式：55271048,13816150479Email:ghanming@vip.sina.com1信息光学应用光学（几何光学）物理光学傅立叶光学全息光学统计光学光学传递函数光学信息处理相干光学部分相干光学2信息光学的研究方法和用途光学+信息科学方法！将信息科学中的线性系统理论引入光学把光学成像系统看成一种二维的图像信号的传输和处理系统由空间域扩展到空间频率域对光学成像系统进行空间频谱分析光学系统的单一成像功能扩展到二维信息处理:二维信号（图像）的各种运算方法，图象处理与识别技术，高密度信息存储的光学方法，三维面形测量，全息散斑干

2、涉技术3信息光学的主要内容第1章：主要内容是二维线性系统分析，抽样定理第2章：关于标量衍射理论，由傅里叶分析与综合导出近场及远场衍射公式第3章：关于光学系统的频谱分析，光学系统的成像过程和光学传递函数第5章：研究光全息学，全息存储、全息显示、全息干涉计量的基础第8章：讲述光信息处理的一般方法，二维图象信号的各种运算、非线性处理的光学实现、光计算及光信息处理的某些最成功的应用第9章：主要内容是立体显示技术，彩虹全息，模压技术及象素全息4第一章二维线性系统分析把光学系统看成二维线性系统，而不是看成一个物理的成象系统或干涉衍射系统抽象的系统概念：某种装置，当施加一个激励时，它呈现某种响应电路网

3、络，它的输入和输出是一维时序电信号光学系统的输入和输出是二维空间分布物与像系统定义为一个变换5系统的边端性质系统可以用算符L来表示定义二维输入函数二维输出函数光学系统的输入和输出可以表示为6图1.1系统的算符表示71.1线性系统1.1.1线性系统的定义:如果对于任意复常数，在输入函数为交换加法(乘法)与算符的顺序,得到输出函数为8图1.2线性系统的叠加性质9基元函数如果任何输入函数都可以分解为某种“基元”函数的线性组合，相应的输出函数便可通过这些基元函数输出的线性组合来求得常用的基元函数:有函数（即脉冲函数,参阅附录A），阶跃函数，余弦函数，复指数函数等10函数定义函数的定义：一维二

4、维函数还有其它的定义，可以参阅许多教科书11一维函数性质函数的性质（一维）1、筛选性质：2、比例变化性质：3、函数与普通函数的乘积：12二维函数性质1、可分离性：2、筛选性质：3、比例变化性质：4、函数与普通函数的乘积：131.1.2脉冲响应和叠加积分(1)函数作为基元函数的情况。根据函数的筛选性质（A.7,或《积分变换》P16中1.12式），任何输入函数都可以表达为积分就是“相加”，筛选性质表明任意函数都可以表示为无穷多的函数的和，每个函数的“大小”被输入函数“调制”。函数通过系统后的输出用算符可以表示为141.1.2脉冲响应和叠加积分(2)根据线性系统的叠加性质，

5、算符与加(乘)法的顺序可以交换,算符与对基元函数积分的顺序也就可以交换定义为系统的脉冲响应函数得到系统输出为“叠加积分”151.1.2脉冲响应和叠加积分(3)线性系统的性质完全由它的脉冲响应所表征知道系统对位于输入平面上所有可能点上的脉冲响应，就可以通过叠加积分计算任何输入信号对应的输出这是一个形式上很完美的表达式一般情况下，脉冲响应与输入平面上的位置有关，会使得脉冲响应的形式十分复杂对于线性系统的一个重要子类——线性不变系统，分析才变得简单大多数情况下，光学系统都可以看做不变线性系统161.2二维傅里叶变换17二维傅里叶变换定义若函数在整个平面上绝对可积且满足狄里赫利条件,其傅里叶变换

6、定义为傅里叶变换记作函数的傅里叶逆变换为傅里叶反变换记作18傅里叶频谱概念和狄里赫利条件根据欧拉公式，是频率为的的余（正）弦函数。傅里叶反变换式表示函数是各种频率为的余（正）弦函数的叠加，叠加时的权重因子是。因此傅里叶变换常称为函数的频谱傅里叶变换存在的充分条件有若干形式，绝对可积和狄里赫利条件是其中一种狄里赫利条件可具体表述为：“在任一有限矩形区域里，必须只有有限个间断点和有限个极大极小点，而且没有无穷大间断点”19关于存在性的两点说明在应用傅里叶变换的各个领域中的大量事实表明，作为时间或空间函数而实际存在的物理量，总具备傅里叶变换存在的基本条件。可以说，物理上的可能性是傅里叶变换存在

7、的充分条件。因此，从应用角度来看，可以认为傅里叶变换总是存在的在应用问题中，也常遇到一些理想化的函数，例如余（正）弦函数、阶跃函数以至最简单的常数等。它们都是光学中经常用到的，而且都不能满足傅里叶变换的存在条件，在物理上也不可能严格实现。对于这一类函数可以借助于函数序列极限的概念定义其广义傅里叶变换可以认为，本书内涉及的函数都存在相应的傅里叶变换，只是有狭义和广义的区别20可分离二维傅里叶变换如果函数在直角坐标系中是可分离的，即这种