光学信息处理模板.ppt

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1、光学信息处理引言一　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：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。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。二历史发展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

2、学家阿贝(Abbe)创建了二次成像理论。1935年　荷兰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。三　光学处理与数字处理的比较光学处理——并行处理（相干光处理、非相干光处理、白光处理等）优点：快速，并行性，信息处理容量大，结构简单，操

3、作方便，特别适合于二维的F.T.、卷积、相关等运算缺点：专用系统不够灵活，难编程，模拟系统精度不高数字图像处理：计算机对图像扫描、抽样量化成数字信息,串行逐点处理优点：灵活，可编程，精度高缺点：基本属于慢速处理，不易实现实时处理混合处理：二者结合，取长补短，是当前的发展方向。本章主要介绍光学或光/电混合信息处理的基本光学技术的原理和系统。光学频谱分析系统和空间滤波1、阿贝（Abbe)成像理论（1873）“二次衍射成像理论”:相干照明下，成像过程可分作两步物平面上发出的光波经物镜，在其后焦面上产生夫琅

4、和费衍射，得到第一次衍射像；该衍射像作为新的相干波源，由它发出的次波在像平面上干涉而构成物体的像，称为第二次衍射像。频谱面上的光场分布与物的结构密切相关，原点附近分布着物的低频信息；离原点较远处，分布着物的较高的频率分量。光学频谱分析系统和空间滤波2、阿贝—波特（Abbe—Porter）实验（1906）相干单色平行光照明频谱面放置滤波器物平面细丝网格状物（正交光栅）像面观察到各种不同的像实验装置改变物的频谱结构光学频谱分析系统和空间滤波2、阿贝—波特实验(1)如果不在频谱平面作任何操作，则在输出平面得到

5、原物的像——二次成像（不考虑光学系统的有限孔径）通过的频谱综合出的图像原物通过的频谱综合出的图像原物原物综合出的图像滤波器:放置在频谱面中心的孔,仅让0级谱通过零频分量是一个直流分量，它只代表像的本底综合出的像:仅有边框,不出现条纹结构原物综合出的图像通过的频谱通过的频谱综合出的图像原物光学频谱分析系统和空间滤波2、阿贝—波特实验光学频谱分析系统和空间滤波2、阿贝—波特实验：结论2．实验充分证明了傅里叶分析和综合的正确性：（1）频谱面上的横向分布是物的纵向结构的信息；频谱面上的纵向分布是物的横向结构的信

6、息；（2）零频分量是直流分量，它只代表像的本底；（3）阻挡零频分量，在一定条件下可使像的衬度发生反转；（4）仅允许低频分量通过时，像的边缘锐度降低；仅允许高频分量通过时，像的边缘效应增强；（5）采用选择型滤波器，可望完全改变像的性质。1．实验充分证明了阿贝成像理论的正确性：像的结构直接依赖于频谱的结构，只要改变频谱的组分，便能够改变像的结构；像和物的相似程度完全取决于物体有多少频率成分能被系统传递到像面。光学频谱分析系统和空间滤波3、空间滤波的傅里叶分析利用透镜的傅里叶变换性质分析阿贝-波特实验t(x1

7、)=(1/d)·rect(x1/a)*comb(x1/d)其透过率函数为矩形函数阵列：物:一维栅状物—Ronchi光栅缝宽缝间距可看成矩形函数rect(x1/a)和梳状函数comb(x1/d)的卷积：t(x1)={(1/d)·rect(x1/a)*comb(x1/d)}·rect(x1/B)若栅状物总宽度为B，t(x1)还应多乘一个因子:系统透射频谱----像结构的影响？光学频谱分析系统和空间滤波3、空间滤波的傅里叶分析t(x1)={(1/d)·rect(x1/a)*comb(x1/d)}·rect(x

8、1/B)将物置于4f系统输入面上，可在频谱面上得到它的傅里叶变换—栅状物的夫琅和费衍射图样:T(fx)=ℱ[t(x1)]高级频谱零级谱正、负一级谱强度中心分别位于fx=m/d（m=0,+1,+2…）强度呈现为一系列亮点，每个亮点是一个sinc2函数幅值受单缝衍射限制，包络是单缝夫琅和费衍射图样光学频谱分析系统和空间滤波3、空间滤波的傅里叶分析(1)滤波器是单一通光孔，只允许零级通过滤波器采用狭缝或开孔式二进制(0,1)光阑，置于频谱面上在滤