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1、课件-近代光信息处理_第2章经典光学信息处理第二章经典光学信息处理2．1引言2．2早期发展2．3傅里叶处理器2．4线性系统与卷积2．5空间滤波2．6照相图像的恢复2．7全息术2．8傅里叶变换全息图2．9相关和卷积2．10结论9/15/20212光学信息处理2.1引言信息：客观事物的运动状态的表征和描述。能量从能量源传递到探测器，在能量传递过程中伴随着信息的传递，就形成信号。探测到的能量中所包含的不需要的信息则称为噪声。光学信息：指光的强度(或振幅)、相位、颜色(波长)和偏振态等。本课程光学信息特指光强分布所形成的图像，它可以是日常生活中自然图像，也可以是人造的或人工模拟的图像。光学信息处
2、理：指的是光学图像的产生、传递、探测和处理。所需要的图像称为信号，在处理过程中伴生的不需要的图像称噪声。本章介绍经典的光学信息处理，被处理的图形是真实物体的像．9/15/20213光学信息处理2、阿贝—波特系列实验阿贝于1873年、波特于1906年分别做了实验。部分实验内容及结果:9/15/20217光学信息处理部分实验内容及结果:9/15/20218光学信息处理由实验结果归纳出几点结论如下：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；2.实验充分证明了傅里叶分析的正确性：(1)频谱面上的横向分布是物的纵向结构的信息(图B
3、)；频谱面上的纵向分布是物的横向结构的信息(图C)；(2)零频分量是一个直流分量，它只代表像的本底(图D)；9/15/20219光学信息处理由实验结果归纳出几点结论如下：(3)阻挡零频分量，在一定条件下可使像发生衬度反转(图E)；(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(图F)。9/15/202110光学信息处理2.3傅里叶处理器1960年，Cutrona等明确提出用透镜进行傅里叶变换的方案。略去相位因子前焦面输入复振幅函数f(x,y)，后焦面的复振幅函数就是f(x,y)的傅里叶变换，记为F(u，v
4、)。9/15/202111光学信息处理4f光学信息处理系统输入平面：输入信号函数f(x,y)；谱平面(两个透镜的共同焦面)：傅里叶谱F(u,v)；输出平面：输出信号函数f(,)。信号的频谱从抽象的数学概念变成了物理现实。注意所有的探测器，包括眼睛，都只能探测到光强，即振幅的模的平方。用两个透镜L1和L2构成著名的4f系统。9/15/202112光学信息处理4f光学信息处理系统借助于符号F，可以把(1)及(2)式表为F(u,v)=F{f(x,y)}(3)f(x’,y’)=F{F(u,v)}(4)这里(x’,y’)是输出平面上的坐标，坐标轴方向与(z，y)相同，它可以用傅里叶逆变换表示如
5、下：f(-x’,-y’)=F-1{F(u,v)}(5)由图2.5，有=-x’及=-y’，从而得到f(,)=F-1{F(u,v)}(6)这样，顺序进行的两次变换可以用图2.6表示.图2.6包含傅里叶变换及逆变换的傅里叶处理系统F{f}F-1{F}f(x,y)F(u,v)f(,)9/15/202113光学信息处理2.4线性系统与卷积线性系统的定义：设g1(,)＝L{f1(x,y)}(1)g2(,)＝L{f2(x,y)}(2)则有αg1(,)+βg2(,)=L{αf1(x,y)}+L{βf2(x,y)}式中α，β为常数。卷积是线性变换：f(x,y)*h(x,y)=g
6、(x,y)=∞-∞f(,)h(x-,y-)dd引入:g1(x,y)=∞-∞f1(,)h(x-,y-)ddg2(x,y)=∞-∞f2(,)h(x-,y-)dd可得:αg1(,)+βg2(,)=∞-∞[αf1(x,y)+βf2(,)]h(x-,y-)dd这样就证明了卷积是线性运算.9/15/202114光学信息处理如果输入函数是(x,y)，则输出g(x,y)=h(x,y)h(x,y)称为系统对脉冲的响应(简称脉冲响应)．当输入是一个点或一个脉冲时，其振幅是(x,y)，输出振幅函数即h(x,y)，观察到的光强函数则为
7、
8、h(x,y)
9、2，它表示一个物点所形成的像的弥散，称点扩散函数．成像过程可以看成是线性变换．物点→透镜→弥散像原始的物体看成是大量点的集合，则该物体通过光学系统形成的像将是同样数量的弥散的光斑的集合.对于非相干情况，f(x,y)，h(x,y)和g(x,y)均为光强，h(x,y)直接表示点扩散函数，不需求平方。9/15/202115光学信息处理2.5空间滤波f(x,y)*h(x,y)=g(x,y)=∞-∞f(,)h(x-,y
