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1、武汉工业学院毕 业 论 文论文题目：空间频率滤波系统在图像处理中的应用研究姓 名 学 院 数理科学系 专 业 电子信息科学与技术 年 级 指导教师 2011年 6 月 11 日目录 摘要2ABSTRCAT 2一. 引言 1二. 光学频谱分析系统和空间滤波 221 阿贝成像理论 222 阿贝波特（AbbePorter）实验 223 空间频率滤波系统 324 空间滤波的傅里叶分析 52 5 滤波器的种类及应用举例 9三 相干光学信息处理 143 1 相干光学信息处理系统 1432 多重像的产生 1333 图像的相加和相减 1634 光学图像识别 1835 图像消模糊 1936 综合孔径雷达 20四
2、非相干光学信息处理 2341 图像的相乘和积分 2342 图像的相关和卷积 24五白光信息处理 2651 q 调制 265 2 用黑白胶片保存彩色像 2753 黑白图像的白光密度假彩色编码 2954 多重像的产生 31结束语 33谢辞 34参考文献 35摘要本论文主要是研究空间频率滤波系统在图像处理中的应用研究，该论文分章节分别讲述光学频谱分析，空间滤波及相关的图像处理。在对光学频谱分析的研究上，主要通过对阿贝成像实验的分析，进而引进两种空间频率滤波系统，对空间滤波进行傅里叶变换处理，在该章节还额外介绍了一些常见的滤波器应用。在对光学信息处理里，则分别对相干光学和非相干光学做了简要的介绍，对图
3、像的加减、多重像、相乘、积分、卷积做了一定的简述和相应的研究。同时也涵括了对白光信息中q调制在图像处理的研究以及光学计算。关键词：光学频谱；空间滤波；图像信息处理ABSTRCATThis paper mainly presents the apllication of spatial filtering system in image processing.Optical spectrum analysis,spatial filtering and correlative image processing are respectively proposed in different chap
4、ters.On the subject of optical spectrum,two spatial flitering systems are introduced to do the Fourier transformation processing of spatial flitering mainly with the anlysis of Abbe imaging experiment.And some common filters extraly referred in this chapter；In the chapter of optical information proc
5、essing,cohenrent optics and noncohenrent optics are briefly introduced.Some brief description and the relevant research is done on image addition,subtraction,multiple,multiplation,integral,convolution.Meanwhile,the research of the q modulation in white light information applied in image processing a
6、nd optical calculation are involved in this paper.Keywords: optical-spectrum；spatial-filering；image-information-processing36 第一章 引言光信息处理是60年代随着激光器的问世而发展起来的一个新的研究方向，是现代信息处理技术中一个重要组成部分，在现代光学中占有很重要的地位。所谓光学信息，是指光的强度（或振幅）、位相、颜色（波长）和偏振态等。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，较多用于对二维图像的处
7、理。事实上，早在1873年，著名德国科学家阿贝（Abbe）创建了二次成像理论，就已经为光学信息处理打下了一定的理论基础。1935年，物理学家泽尼克（Dutchman Fritz Zernike）发明了相衬显微镜，将位相分布转化为强度分布，成功地直接观察到微小的位相物体细菌，用光学方法实现了图像处理，解决了由于染色而导致细菌大量死亡的问题。泽尼克的成功为光学信息处理技术的发展作出了新的贡献。1963年，范德拉格特（A. Vander Lugt）提出了复数空间滤波的概念，使光学信息处理进入了一个广泛应用的新阶段。此后，光学信息处理作为一门十分活跃的学科发展极快。80年代以后，随着高新技术的蓬勃兴起
8、，进入了一个“信息爆炸时代”，要求对超大量信息具有快速处理的能力。例如核武器设计、战略防御计划、中长期天气预报、空间技术、气体动力学、机器人视觉、人工智能等许多方面都对数据处理提出了超高速和超大容量的要求。要想在预定的时间段内获得准确的结果，要求计算速度必须达到10121015次 / 秒。几乎同时发展起来的电子计算机技术随着电子功能器件的日益完善，以其速度快、使用方便而一度成为信息处理的主要手段。然而，由于其自身的先天性局限，如“冯诺依曼瓶颈”问题、RC问题、时钟歪斜问题、电磁场干扰问题、互连带宽问题等等限制，要想完成这种超高速计算已显得力不从心，即使是当今最先进的所谓“神经计算机”也无法满足
9、时代提出的要求。光以其速度快、抗干扰能力强、可大量并行处理等特点逐渐显示其独特的优越性。在光学信息处理基础上发展起来的光计算研究及其相关技术已为该领域注入了新的生命，成为十分活跃的一个学科方向。由于光学信息处理的内容及其丰富，涉及的面也极广，本篇幅有限，很难全面地反映该领域所取得的丰硕成果，因此只讨论最基本、最典型的处理方法和实例。第二章 光学频谱分析系统和空间滤波2.1 阿贝（Abbe）成像理论1873年阿贝首次提出了一个与几何光学成像传统理论完全不同的成像概念。该理论认为相干照明下显微镜成像过程可分作两步：首先，物平面上发出的光波经物镜，在其后焦面上产生夫琅和费衍射，得到第一次衍射像；然后
10、，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。因此该理论也常被称为“阿贝二次衍射成像理论”。 图1是上述成像过程的示意图。其中物平面（x o，yo）用相干平行光照明，在后焦面即频谱面（xf，yf）上得到物的频谱，这是第一次成像过程，实际上是经过了一次傅里叶变换；由频谱面到像面（x， y，），实际上是完成了一次夫琅和费衍射过程，等于又经过了一次傅里叶变换。当像平面取反射坐标时，后一次变换可视为傅里叶逆变换。经上述两次变换，像平面上形成的是物体的像。根据傅里叶分析可知，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，即傅里叶低频分量；离原点较远处，分布着物的较高的频率分量，即傅里叶高频分量。 xo L xf 0
