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1、学 海 无 涯 信息光学复习提纲信息光学复习提纲 信息光学的特点信息光学的特点 Ch1 线性系统分析线性系统分析 1 矩形函数 定义矩形函数 定义 图像 图像 作用 作用 傅里叶变换谱函数 傅里叶变换谱函数 2 sinc 函数 定义函数 定义 图像 图像 作用 作用 傅里叶变换谱函数 傅里叶变换谱函数 3 三角函数 定义三角函数 定义 图像 图像 作用 作用 傅里叶变换谱函数 傅里叶变换谱函数 4 符号函数 定义符号函数 定义 图像 图像 作用 作用 傅里叶变换谱函数 傅里叶变换谱函数 5 阶跃函数 定义阶跃函数 定义 图像 图像 作用 作用 傅里叶变换谱函数 傅里叶变换谱函数 6 余弦余弦函
2、数 定义函数 定义 图像 图像 作用 作用 傅里叶变换谱函数 傅里叶变换谱函数 7 函数 三种定义函数 三种定义 四大性质 四大性质 作用 作用 8 梳梳状状函数 定义函数 定义 图像 图像 作用 作用 傅 傅里叶变换谱函数里叶变换谱函数 9 高斯函数 定义高斯函数 定义 图像 图像 作用 作用 傅里叶变换谱函数 傅里叶变换谱函数 10 傅里叶变换 常用傅里叶变换对 傅里叶变换 常用傅里叶变换对 11 卷积 四大步骤 两大效应卷积 四大步骤 两大效应 12 互相关 自相关的定义 物理意义互相关 自相关的定义 物理意义 13 傅里叶变换的基本性质和有关定理傅里叶变换的基本性质和有关定理 14 线
3、性线性系统理论系统理论 15 线性线性不变系统的不变系统的输入输出关系 输入输出关系 脉冲响应函数 脉冲响应函数 传递函数传递函数 16 抽样定理抽样定理 求抽样间隔求抽样间隔 学 海 无 涯 Ch2 标量衍射理论标量衍射理论 1 标量衍射理论标量衍射理论成立的两大条件成立的两大条件 2 平面波及球面波表达式平面波及球面波表达式 exp coscoscos Aik xyz 求平面波的空间频率 求平面波的空间频率 2 exp exp 22 yx z ik ikz z A 3 惠更斯惠更斯 菲涅耳原理菲涅耳原理 ds r ikr KPUcQU exp 0 4 基尔霍夫衍射基尔霍夫衍射理论 理论 d
4、s r ikrrnrn r ikra j QU exp 2 cos 2 cos exp 1 0 0 00 令令 K r ikr j QPh exp 1 所以所以 dsQPhPUQU 0 当光源足够远 且入射光在孔径平面上各点的入射角都不大时 当光源足够远 且入射光在孔径平面上各点的入射角都不大时 1 cos 0 rn 1 cos rn 1 K 故故 z ikr j QPh exp 1 2 1 1 20020 z yy z xx zr 5 菲涅耳衍射菲涅耳衍射 近场衍射近场衍射 0000 2 0 2 0000 22 2 exp 2 exp 2 exp exp dydxyyxx z j yx z
5、jk yxUyx z jk zj jkz yxU 6 夫琅禾费衍射夫琅禾费衍射 远场衍射 远场衍射 根据屏函数求衍射光强分布 根据屏函数求衍射光强分布 0000000 22 2 exp 2 exp exp dydxyyxx z j yxUyx z jk zj jkz yxU 学 海 无 涯 7 衍射的角谱理论 衍射的角谱理论 角谱的传播 角谱的传播 求角谱求角谱分布分布 Ch 3 光学成像系统的光学成像系统的频率特性频率特性 1 透镜的傅里叶变换性质 透镜的傅里叶变换性质 相位变换作用 相位变换作用 2 exp 22 yx f jk yxpyxt 二次位相因子 二次位相因子 透镜的傅里叶变换特
6、性 透镜的傅里叶变换特性 满足条件 满足条件 什么情况下实现准确傅立叶变换 什么情况下实现准确傅立叶变换 a 物在透镜前物在透镜前 b 物在透镜后物在透镜后 2 衍射受限系衍射受限系统的点扩散函数 统的点扩散函数 ydxdyyyxxxjydxdPdK yyxxh iiiii ii 2exp 00 22 00 光瞳相对于光瞳相对于 i d 足够大时 足够大时 理想情况 点物成点像理想情况 点物成点像 22 oioiioioi yyxxdKyyxxh 3 相干照明下衍射受限系统的成像规律 相干照明下衍射受限系统的成像规律 iigiiiii yxUyxhyxU 其中 其中 ydxdPFyxh iii
7、i 1 0 M y M x U M yxU ii iig 4 衍射受限系统的相干传递函数衍射受限系统的相干传递函数 CTF ii ddPH 坐标轴反演 坐标轴反演 5 截止截止频率 频率 圆形光瞳 圆形光瞳 o coc i c d D M d D 2 2 正正方形光瞳 方形光瞳 学 海 无 涯 不同方向的截止频率不同 不同方向的截止频率不同 45 度时最大度时最大 2 2 max i c d a 6 衍射受限系统的衍射受限系统的非非相干传递函数相干传递函数 OTF 7 OTF 与与 CTF 的关系的关系 Ch 4 光学光学全息全息 1 普通照相与全息照相的比较普通照相与全息照相的比较 2 全息
8、照相的核心 波前记录和再现全息照相的核心 波前记录和再现 方法 干涉法 标准方法 即将空间相位调制 空间强度调制 方法 干涉法 标准方法 即将空间相位调制 空间强度调制 特点 全息图实际上就是一幅干涉图 特点 全息图实际上就是一幅干涉图 全息图的全息图的分类 分类 a a 物 参位置 同轴全息物 参位置 同轴全息 离轴全息离轴全息 b b 物 图位置 菲涅耳全息图物 图位置 菲涅耳全息图 像面全息图像面全息图 傅傅里叶变换全息图里叶变换全息图 c 介质厚度 平面介质厚度 平面全息图全息图 体积全息图体积全息图 d d e e 3 全息全息再现再现基本公式基本公式 CrOCrOC iii b O
9、RCeORCeCeOt 2 0 级 背景光 级 背景光 1 级 实像 级 实像 1 级 虚像 级 虚像 4 菲涅耳全息图菲涅耳全息图 像位置坐标 1 1 2 1 2 1 orp i zzz z 学 海 无 涯 p p i r r i o o i i x z z x z z x z z x 1 2 1 2 p p i r r i o o i i y z z y z z y z z y 1 2 1 2 横向放大率 1 1 20 1 2 1 p o ro i o i o i z z z z z z dy dy dx dx M 纵向放大率 2 2 1 M dz dz M o i z 5 傅里叶变换全息
10、图傅里叶变换全息图 定义定义 特点特点 照明与再现的两种方式 相互是独立的照明与再现的两种方式 相互是独立的 6 计算计算全息图全息图 计算全息的制作和再现过程计算全息的制作和再现过程 1 抽样 抽样 2 计算 计算 3 编码 编码 4 成图 成图 5 再现 再现 Ch 空间滤波空间滤波 1 阿贝成像理论阿贝成像理论及其意义及其意义 第第 1 步 物体步 物体 P1 经经 L 在透镜后焦面在透镜后焦面 P2 成各级衍射斑成各级衍射斑 频谱 频谱 第第 2 步 各级衍射斑在步 各级衍射斑在 P3 面相互干涉成像面相互干涉成像 2 空间滤波的傅里叶分析空间滤波的傅里叶分析方法方法 透镜作频谱分析器
11、 空间滤波器改变物体光的频谱透镜作频谱分析器 空间滤波器改变物体光的频谱 3 空间滤波空间滤波系统系统 典型的典型的 4f 系统系统 4 空间滤波器空间滤波器 位于空间频谱平面上的一种模片 它改变输入位于空间频谱平面上的一种模片 它改变输入 信息的空间频谱 从而实现对输入信息的某种变换 信息的空间频谱 从而实现对输入信息的某种变换 分类 分类 二元振幅滤波器 二元振幅滤波器 学 海 无 涯 振幅滤波器振幅滤波器 相位滤波器相位滤波器 复数滤波器复数滤波器 二元振幅滤波器二元振幅滤波器亦可亦可分分为为 a a 低通滤波器 低通滤波器 b b 高通滤波器 高通滤波器 c 带通滤波器 带通滤波器 d
12、 方向滤波器 方向滤波器 5 空间滤波应用空间滤波应用 策尼克相衬显微镜策尼克相衬显微镜 原理 原理 Ch 9 相干光学相干光学信息信息处理处理 1 光学信息处理的分类 光学信息处理的分类 1 从物像关系或者输入和输出的关系来说 从物像关系或者输入和输出的关系来说 线性处理与非线性处理 线性处理与非线性处理 空间不变与空间变处理空间不变与空间变处理 2 从所使用从所使用光源的空间和时间相干性来说光源的空间和时间相干性来说 相干光处理相干光处理 非相干光处理 非相干光处理 白光光学处理 白光光学处理 各自 各自 优缺点优缺点相干处理和非相干处理的优缺点相干处理和非相干处理的优缺点 优点 相干处理
13、具有物理上的频谱平面 可以实现傅里叶变换 优点 相干处理具有物理上的频谱平面 可以实现傅里叶变换 大大增加了处理的灵活性 复振幅有正负之分 可完成 加 减 大大增加了处理的灵活性 复振幅有正负之分 可完成 加 减 乘 除 微分和卷积等多种运算 特别是利用傅里叶变换性质 乘 除 微分和卷积等多种运算 特别是利用傅里叶变换性质 进行频域综合实现空间滤波 进行频域综合实现空间滤波 缺点 相干噪声和散斑噪声 缺点 相干噪声和散斑噪声 对光源提出要求 只能处理单对光源提出要求 只能处理单 色图像 对彩色图像的处理几乎无能为力色图像 对彩色图像的处理几乎无能为力 2 光学信息处理内容光学信息处理内容 光学
14、图像识别光学图像识别 图像相加图像相加相减相减 多重像多重像产生产生 学 海 无 涯 图像边缘增强图像边缘增强 微分 微分 图像消模糊图像消模糊 3 图像相减作用图像相减作用 用于检测两张近似图像之间的差异 使我们能研究事物的变化用于检测两张近似图像之间的差异 使我们能研究事物的变化 方法方法 光栅编码光栅编码 空域编码频域解码相减方法 空域编码频域解码相减方法 和光栅衍射和光栅衍射 4 匹配匹配滤波器滤波器 所谓 匹配 实质上是在频域对输入信号频谱的相位进行补所谓 匹配 实质上是在频域对输入信号频谱的相位进行补 偿 形成平面相位分布 偿 形成平面相位分布 匹配空间滤波器在光学特征识别中起重量
15、作用匹配空间滤波器在光学特征识别中起重量作用 匹配滤波器是复数滤波器 可用光学全息或计算全息的方法制匹配滤波器是复数滤波器 可用光学全息或计算全息的方法制 作作 5 图像识别 图像识别 采用匹配滤波进行相关检测是图像识别的一种重要手段采用匹配滤波进行相关检测是图像识别的一种重要手段 联合变换相关识别联合变换相关识别 6 6 图像微分 原理及过程 图像微分 原理及过程 7 7 图像消除模糊 逆滤波器 图像消除模糊 逆滤波器 8 8 白光信息处理 白光信息处理 调制技术调制技术的原理的原理 第六章第六章 空间光调制器空间光调制器 空间光调制器的基本结构与分类空间光调制器的基本结构与分类 按读出方式分类 按读出方式分类 反射式 透射式反射式 透射式 按信号输入分类 按信号输入分类 电寻址 光寻址电寻址 光寻址 液晶的分类液晶的分类 各种类型液晶的特点各种类型液晶的特点
