光学空间滤波及光信息处理技术
空间滤波指在光学系统的傅里叶频谱面上放置适当的滤波器，以改变光波的频谱结构，使得像达到预期要求。在此基础上，发展了光学信息处理技术，利用光学手段，对输入信息
（包括图像、光波频率和振幅）实施运算或变换，以便对相关信息进行提取、编码、存储、
增强、识别和恢复。早在1873年，德国人阿贝（ E.Abbe,1840~1905）在蔡司光学公司任职期间研究如何提高显微镜的分辨本领时，首次提出了二次衍射成像的理论。阿贝和波特（ A.B. Porter）分别于1893年和1906年以一系列实验证实了这一理论,说明了成像质量与系统传递的
空间频谱之间的关系。1935年，泽尼可（Zernike）提出了相衬显微镜的原理，将物光的位
相分布转化为光强分布，并用光学方法实现图像处理。这些早期的理论和实验其本质上都是
一种空间滤波技术，是傅里叶光学的萌芽，为近代光学信息处理提供了深刻的启示。但由于它属于相干光学的范畴，在激光出现以前很难将它在实际中推广使用。随着激光器、光电技术和全息技术的发展，它才重新振兴起来，其相应的基础理论——“傅里叶光学”形成了一个新的光学分支。目前，光学信息处理在信息存储、遥感、医疗、产品质量检测等方面得到了
广泛应用。
一、实验目的
1．了解傅里叶光学基本理论的物理意义，加深对光学空间频率、空间频谱和空间频率
滤波等概念的理解。
2．掌握在一张全息干版上按照不同的角度制作全息光栅的方法。
3．理解调制法假彩色编码原理，并学习利用光栅的色散作用，在频谱面上使相应的
色谱点通过，形成彩色像。
二、实验仪器
光学实验平台，He-Ne激光器，分束镜，反射镜，暗室处理器具及显影、定影、漂白药
剂，电吹风，全息干版、白炽灯、凸透镜、频谱滤波器、大头针
1.He-Ne激光发射器
氦-氖激光器由激光电源和激光发射管构成，如图1所示。一般来说，氦氖激光器发出
红色的光线，其波长为632.8nm。
1、 在空域中, 如何利用d 函数进行物光场分解。( 5分) 答: 根据δ函数的筛选性质, 任何输入函数都能够表示为 ()()()ηξηξδηξd d y x f y x f 1??∞ ∞-111--=,,, 上式表明, 函数()1y x f 1, 能够分解成为在1y x 1, 平面上不同位置处无穷多个δ函数的线性组合, 系数()ηξ,f 为坐标位于()ηξ, 处的δ函数在叠加时的权重。函数()1y x f 1,经过系统后的输出为 () ()()??????--=??∞∞-112ηξηξδηξd d y x f y x g 2,,,L 根据线性系统的叠加性质, 算符{} L 与对基元函数积分的顺序能够交换, 即可将算符{} L 先作用于各基元函数, 再把各基元函数得到的响应叠加起来 ()()(){}ηξηξδηξd d y x f y x g 2??∞ ∞-112--=,, ,L ( 1.4) (){ }ηξδ--11y x ,L 的意义是物平面上位于()ηξ, 处的单位脉冲函数经过系统后的输出, 可把它定义为系统的脉冲响应函数( 图1.3) ()(){}ηξδηξ--=112y x y x h 2,,; ,L ( 1.5) 2、 卷积与相关各表示什么意义? 在运算上有什么差异? ( 5分) 答: 函数()y x g ,和()y x h ,的卷积定义为 ()()()()ηd ξd ηy ξx h ηξg y x h y x g ??∞ ∞---=*,,,, 则 ()(){}()()y x y x f f H f f G y x h y x g ,,,,F ?=* 即空间域中两个函数的卷积的傅里叶变换等于它们对应傅里叶变换的乘积。另一方面有
主要符号表 λ 入射光的波长 0 r 狭缝到接收屏的距离 a 缝宽(矩形孔的长度) b 矩形孔的宽度 d 缝间距 r 圆孔半径 θ 衍射角 f 透镜的焦距 x 屏上横向坐标 y 屏上纵向坐标 0I 0P 点的光强 I P 点的光强
1 绪论 1.1MATLAB语言用于计算机模拟的优势 有过计算机语言编程经验的人可能都会有这样的体会，当我们进行程序设计时，特别是当程序涉及到矩阵运算或绘图时，程序的编程过程是比较繁琐的，尤其是当我们需要编出一个通用程度较高的程序时就更为麻烦。它不仅要求我们深刻了解所要求解的问题以找到一个可靠性较好的算法，还必须研究各种可能的边界条件，特别是要考虑各种范围的数据大小等。另外，还要熟练掌握所使用的计算机语言。即便如此，所编写出的程序仍有可能会由于这样或那样的原因出错，或得不到满意的结果。因此，对于非计算机专业的科研和教学人员，更渴望有一种能让他们省时省力就能编写出解决专业问题的软件，从而避免资源浪费，提高工作效率。MATLAB就是顺应这一需求产生的，而且从它诞生之日起，就受到用户的欢迎，并且很快在各个领域得到推广。 MATLAB语言是Mathworks公司推出的一套高性能的数值计算可视化软件,它集数值分析、矩阵运算和图形显示于一体,被称为演算纸式的语言,是当今国际上最具活力的软件开发工具包。它提供了强大的科学运算、灵活的程序设计流程、高质量的图形生成及模拟、便捷的与其它程序和语言接口的功能。高质量的图形生成及模拟包括完成2D和3D数据图示、图像处理、动画生成、图形显示等功能的高层MATLAB命令,也包括用户对图形图像等对象进行特性控制的低层MATLAB 命令,以及开发GUI应用程序的各种工具。MATLAB提供了一个人机交互的系统环境,与利用Ｃ语言或FORTRAN语言作数值计算的程序设计相比,可以节省大量的 编程时间。通过MATLAB高质量的图形生成及模拟功能对抽象物理现象的细致模拟,使这些过程变得非常直观明了,从而把一些抽象的理论简明化,而且这种方法的实现要比其它的一些仿真软件简单、易行。因为MATLAB既是一种直观、高效的计算机语言,同时又是一个科学计算平台,它为数据分析和数据可视化、算法和应用程序开发提供了最核心的数学和高级图形工具。根据它提供的500多个数学和工程函数,可以在它的集成环境中交互或编程以完成各自的计算及图形生成与模拟。MATLAB中的Simulink是用来对真实世界的系统建模、模拟和分析的部件,提供了基于MATLAB核心的数值、图形、编程功能的一个块状图界面,对模型进行分析和模拟。通过利用MATLAB的编译器、Ｃ/Ｃ++数学库和图形库,可以自动地将包含数值计算和图形的MATLAB语言的源程序转换为Ｃ/Ｃ++的源代码。这些代码根据需要既可以当作子模块嵌入大的应用程序中,也可以作为一个独立的程序脱离环境单独运行。这样把一些复杂的物理现象通过MATLAB模拟出来并生成可执行的程序,可以拿来直接MATLAB使用,这是非常方便的。 MATLAB软件包括基本部分和专业扩展部分。基本部分包括：矩阵的运算和各种变换，代数和超越方程的求解。数据处理和傅立叶边变换，数值积分等等。专业扩展部分称为工具箱。它实际上是用MATLAB的基本语句编成的各种子程序集，用于解决某一方面的专门问题，或实现某一类的新算法。易扩展性是MATLAB 最重要的特点，每一个MATLAB用户都可以成为对其有贡献的人。在MATLAB的发展过程中，许多科学家、数学家、工程人员就用它来开发一些新的、有价值的应用程序，所有的程序完全不需要使用低层代码来编写。通过这些工作，已经发展
基于遥感的冰川信息提取方法综述 全球气候环境变化及其影响已成为当今世界各国政府、科学家和政策决策者所共同关注的重大焦点问题。政府间气候变化委员会（IPCC第四次评估报告指出[1]，过去 100 a）（1906~2005 年）全球地表平均气温上升了0.74℃，而最近 50 a的升温速率几乎是接近过去 100 a 升温速率的两倍。冰川对气候变化十分敏感，被视为气候变化的指示器，升温已导致全球大多数冰川在过去 100 多年里处于退缩状态，尤其是最近的几十年呈加速退缩态势[1,2]。尽管大量的冰储存于两极冰盖中，但山地冰川和冰帽的储量损失在过去几十年和未来一个世纪对海平面上升、区域水循环和水资源可获取性均有重要影响[3-5]。 青藏高原及其毗邻地区蕴藏着世界上两极之外最大的冰雪储量，被称为“第三极”，该区气候变化引发的冰川变化不仅影响到周边地区十个国家的15亿人口的农业、发电等生产活动的水资源供应[3, 6, 7]，而且会引发区域乃至北半球的大气环流格局的变化[8]，从而使其成为国际冰川变化研究的热点地区。此外，青藏高原很多内陆湖泊近期水位上涨、湖泊面积增大导致草场淹没以及冰湖溃决和泥石流滑坡等山地灾害，对周边地区的生态与环境及农牧民的生活造成了严重影响[9]。 因此，监测青藏高原冰川变化时空分异特征，对于更加清楚地认识该地区对全球气候变化的响应具有重要的科学意义，对于及时提供湖泊水量变化信息，制定当地农牧民的应对措施具有重要的现实意义。本文系统梳理和总结了国内冰川监测相关研究进展，并探讨了当前该领域研究的不足以及未来的研究方向，旨在为我国冰川变化监测提供有益借鉴。 一、传统野外监测 传统的冰川观测主要基于野外实地考察，开展较早。世界上很多地区在一个多世纪以前就开始系统地观测冰川与冰盖的变化[10]。1930s 之前一直依靠实测冰川末端的变化或对比小冰期冰碛物的位置获得冰川变化的信息，1940s 后期开始了冰川物质平衡研究，截止到 2008 年全球已获取了 1803 条冰川自19 世纪后期的冰川长度变化和 226 条冰川过去 60 年内的物质平衡观测结果[10]，分别占 1970s 估计的全球冰川总数 160000条[11]的 1.1%和 0.1%，观测数量很有限。我国冰川研究事业开创于1958年祁连山冰川考察[11]，截止到 2007 年，基于野外考察共有 27 条冰川的长度变化和 5 条冰川的物质平衡的较长时间观测记录[12]，分别为我国冰川总数46377[13]条的 0.06%和 0.01%，远低于前述全球尺度的相应观测比例，且没有一条位于我国冰川分布中心之一的喀喇昆仑地区。实地观测通常在容易到达、安全且不是太大的冰川进行，不能代表所有冰川的规模、海拔分布、坡度和朝向。所以，仅靠少数野外考察资料很难反映全球或区域尺度冰川变化的空间特征，所获得的冰川变化趋势及其对气候变化的响应的结论也难免存在局限性。 二、冰川面积变化遥感监测 遥感观测可以在瞬时获取较大范围的地面综合信息，适合对不同地理环境下的冰川变化进行长期而持续的监测，早期主要进行面积变化遥感研究。1940s 以后，人们可以借助于航空摄影技术测绘冰川末端位置[14]。1970s 之后，随着卫星遥感技术的发展和观测精度的提高，陆地资源系列卫星（Landsat MSS、TM 和
一、单选题 1、对于离散空间最佳的内插方法 是： A．整体内插法 B．局部内插法 C．移动拟合法 D．邻近元法 2、下列能进行地图数字化的设备 是： A.打印机 B.手扶跟踪数字化仪 C.主 机 D.硬盘 3、有关数据处理的叙述错误的 是： A.数据处理是实现空间数据有序化的必要过程 B.数据处理是检验数据质量的关键环节 C.数据处理是实现数据共享的关键步骤 D.数据处理是对地图数字化前的预处理 4、邻近元法 是： A.离散空间数据内插的方法 B.连续空间内插的方法 C.生成DEM的一种方法 D.生成DTM的一种方法 5、一般用于模拟大范围内变化的内插技术是： A.邻近元法 B.整体拟合技术 C.局部拟合技术 D.移动拟合法 6、在地理数据采集中，手工方式主要是用于录入： A.属性数据 B.地图数据 C.影象数 据 D.DTM数据
7、要保证GIS中数据的现势性必须实时进行： A.数据编辑 B.数据变换 C.数据更 新 D.数据匹配 8、下列属于地图投影变换方法的 是： A.正解变换 B.平移变换 C.空间变 换 D.旋转变换 9、以信息损失为代价换取空间数据容量的压缩方法是： A.压缩软件 B.消冗处理 C.特征点筛选 法 D.压缩编码技术 10、表达现实世界空间变化的三个基本要素是。 A. 空间位置、专题特征、时间 B. 空间位置、专题特征、属性 C. 空间特点、变化趋势、属性 D. 空间特点、变化趋势、时间 11、以下哪种不属于数据采集的方式： A. 手工方式 B.扫描方式 C.投影方 式 D.数据通讯方式 12、以下不属于地图投影变换方法的是： A. 正解变换 B.平移变换 C.数值变 换 D.反解变换 13、以下不属于按照空间数据元数据描述对象分类的是： A. 实体元数据 B.属性元数据 C.数据层元数据 D. 应用层元数据 14、以下按照空间数据元数据的作用分类的是： A. 实体元数据 B.属性元数据 C. 说明元数据 D. 分类元数据 15、以下不属于遥感数据误差的是： A. 数字化误差 B.数据预处理误差 C. 数据转换误差 D. 人工判读误差
高考地理试题中时间、季节信息的提取方法 作者单位： 江西省赣州实验中学 地理环境要素有其空间分布规律，也有时间、季节的变化规律，空间差异表现为时间差异，时间差异实际上又是空间差异。高考地理题中给定的条件，往往隐藏着限制性的时间、季节要求信息，如何准确地提取信息，常常困惑着我们，本文就此抛砖引玉。 一、时间（时刻）信息条件提取 通过光照图上时间计算，考察学生的空间想象力、认识空间差异是这几年高考题常用的手法。本考题常为套环题，首题是关键,开题红将为后几题创佳绩。 （一）、时刻、区时和时间的计算问题 1、地方时刻的认识要点。 ①、各地以太阳位于当地天空中最高位置时为地方时12点； ②、全球分成24小时;150/小时,151/分钟； ③、区时规定全球各地以所在地的时区中央经线的地方时为共同使用的时间,如:北京东八区,以8*150=1200E 的地方时刻为准。 ④、国际上规定1800经线为新的一天的起止点，即自1800经线，愈向西时间愈晚。 2、时刻、区时的计算方法——数轴法 （1）、为计算方便,宜将判读的经纬度数用数轴方法表达。我们规定东经度和北纬度为正轴(值)。西经度和南纬度为负轴(值)。见右图： 在以下的计算当中，需带 ―+‖、“-”号运算，才能 少出错误。相对应，时区也表达为正负值。 如：东8区，为+8；西8区，为-8。 （2）、数轴法计算时间： 口诀：“知三求一，时空差互换；（已知）大值置右， 求左减、求右加差。” 解释：“知三求一”，因时空是对应关系，即甲时、甲空 与乙时、乙空四项中，知道其中“三项”方可求其另一项。 实题当中，三个条件往往隐藏的，故提取三个条件是 能力要求中的核心。 “时空差互换”，在轴上已知两地的时差、经度差互换。“（已知）大值置右”，即同类的已知条件中，大的一 定要放在轴的右边。 “求左减，求右加”，已知条件摆放后，轴上左边未知则减差，右边未知则加差。 注意：本方法已考虑了日界线问题，即在轴从时间、日期上来说，愈往左（西）时间日期愈晚。 示例：2008年9月在北京有一世界重大赛事，一纽约代理商计划投放广告，下列哪个赛段直播时对其广告效益最理想？ A ．20点——22点 B.15点——17点 C.9点——11点 分析：本题实质是在北京的赛段，哪个处于纽约的黄金收视时间（晚上8点——10点）。 答： a.画轴提取条件：? 找“三”个条件 b.两地时差: + 8 -（-5）=13点 c.计算结果：①、20-13=7点 ②、.15-13=2点（最不理想） ③、9-13=-4=-24+20点（最理想） d.选择：答案 C 。 （二）、光照图、日界图上时刻信息条件的提取： 1、光照图： （1）、光照图、经纬网格一般有3种： ①、极点为中心的，纬线为同心圆或圆弧；经线为放射线， 相交于极点。应注意通过半球位置的确认 再来判读经度的值。
长春理工大学光电信息处理技术考试复习题 1、人眼感受到的电磁波谱分布是0.01-1000μm或从3×102Hz- 3×107 Hz。 2、说出紫外光区、红外光区、可见光区的波长范围。 3、辐射的传播服从几何光学定律： 4、说明下列典型光学元器件的作用及特点。 ①透镜元器件(成像) ②反射元器件(改变光的方向) ③其他元器件 5、简述光调制的方法。各举一个具体的例子。 6、简述LED的特性及典型驱动电路。 7、简述半导体激光器的激光器稳定工作条件。 8、简述半导体激光器的特性。 9、简述LD的典型应用。 10、液晶显示器的驱动 11、简述液晶显示器的特点及应用。 12、简述CRT的优缺点。 13、简述光电信息转换的四种基本原理。 简述常用光电信息转换器件的名称、原理、主要特性和实用输出电路。15、光敏电阻有以下优点： 16、画出光敏电阻的恒流偏置电路与恒压偏置电路。
17、光电池的开路电压与照度L是什么关系？短路电流与照度L成什么关系？当光电池作为测量元件时，应以什么的形式来使用？ 18、发光二极管工作时加正向还是反向电压?它输出的光强由什么控制?发光二极管和光敏二极管电路中的电阻及各起什么作用? 19、PIN管和APD管的频率特性为什么比普通的光敏二极管好? 20、热电探测器与光电探测器比较，在原理上有何区别? 21、试设计一个实用的光电检测或光电控制装置，要求： (1)大胆想象，有创新意识，又有实用价值。 (2)叙述原理，画出原理框图。 (3)画出电子线路图，不能画出部分用框图代替。 (4)叙述提高测量精度或防干扰措施。 22、叙述CCD的工作的基本原理及典型CCD输出信号的处理方式。 23、画出用线阵CCD测量工件直径的结构示意图，叙述CCD测量的原理，画出CCD测量的原理框图。如何提高测量精度？大直径测量怎样实现？ 24、画出用线阵CCD测量运动热钢板长度的结构示意图，叙述CCD测长的原理，画出CCD测长的原理框图。画出测量时CCD输出信号的波形，并设计出供计数器计数的放大比较整形电路。
光学信息处理 1. 引 言 自六十年代激光出现以来，光学的重要发展之一是形成了一个新的光学分支——傅里叶光学。傅里叶光学是指把数学中的傅里叶分析方法用于波动光学，把通讯理论中关于时间、时域、时间调制、频率、频谱等概念相应地改为空间、空域、空间调制、空间频率、空间频谱，并用傅里叶变换的观点来描述和处理波动光学中学波的传播、干涉、衍射等。傅里叶变换已经成为光信息处理的极为重要的工具。 光学信息处理就是对光学图像或光波的振幅分布作进一步的处理。自从阿贝成像理论提出以后，近代光学信息处理通常是在频域中进行。由于光的衍射,图像的夫琅和费衍射分布,即图像的空间频谱分布与图像的空间分布规律不同,这使得在频谱面上对其进行处理可获得一些特殊的图像处理效果。近代光学信息处理具有容量大，速度快，设备简单，可以处理二维图像信息等许多优点，是一门既古老又年青的迅速发展的学科。光学信息存储、遥感、医疗、产品质量检验等方面有着重要的应用。 2. 实验目的 1) 通过实验，加强对傅里叶光学中有关空间频率、空间频谱和空间滤波等概念的理解。 2) 掌握光学滤波技术，观察各种光学滤波器产生的滤波效果，加深对光学信息处理基本思想的认识。 3) 加深对卷积定理的理解 4) 了解用光栅滤波实现图像相加减及光学微分的原理和方法。 5) 了解黑白图像等密度的假彩色编码。 3. 实验原理 1) 二维傅里叶变换和空间频谱 在信息光学中常用傅里叶变换来表达和处理光的成像过程。设在物屏X -Y 平面上光场的复振幅分布为g (x ，y ) ，根据傅里叶变换特性，可以将这样一个空间分布展开成一系列二维基元函数的线性叠加，即 )](2exp[y f x f i y x +π∫∫+∞ ∞ ?+= y x y x y x df df y f x f i f f G y x g )](2exp[),(),(π （1） 式中f x 、f y 为x 、y 方向的空间频率，即单位长度内振幅起伏的次数，G (f x ，f y )表示原函数g (x ，y )中相应于空间频率为f x 、f y 的基元函数的权重，亦即各种空间频率的成分占多大的比例，也称为光场（optical field ）g (x ，y )的空间频谱。G (f x 、f y )可由g (x ，y )的傅里叶变换求得 ∫∫+∞ ∞ ?+?= dxdy y f x f i y x g f f G y x y x )](2exp[),(),(π (2) g (x ，y )与G (f x ，f y )是一对傅里叶变换式，G (f x ，f y )称为g (x ，y )的傅里叶的变换，g (x ，y )是G (f x ，f y )的逆变换，它们分别描述了光场的空间分布及光场的频率分布，这两种描述是等
%圆孔的夫琅禾费衍射： N=512; r=3; %衍射圆孔的半径 I=zeros(N,N); [m,n]=meshgrid(linspace(-N/16,N/16-1,N)); D=(m.^2+n.^2).^(1/2); I(find(D<=r))=1; subplot(1,2,1),imshow(I); title('生成的衍射圆孔'); % 夫琅禾费衍射的实现过程 L=500; [X,Y]=meshgrid(linspace(-L/2,L/2,N)); lamda_1=630; % 输入衍射波长; lamda=lamda_1/1e6 k=2*pi/lamda; z=1000000; % 衍射屏距离衍射孔的距离h=exp(1j*k*z)*exp((1j*k*(X.^2+Y.^2))/(2*z))/(1j*lamda*z);%脉冲相应 H =fftshift(fft2(h)); %传递函数 B=fftshift(fft2(I)); %孔径频谱 G=fftshift(ifft2(H.*B)); subplot(1,2,2),imshow(log(1+abs(G)),[]); title('衍射后的图样'); figure meshz(X,Y,abs(G)); title('夫琅禾费衍射强度分布')
%单缝的夫琅禾费衍射： N=512; a=25; % 单缝的宽度 b=1000;% 单缝的长度 I=zeros(N,N); [m,n]=meshgrid(linspace(-N/4,N/4,N)); I(-a DB2数据库： 1、查看空间大小 db2 list tablespaces show detail ，如下图； 通过可用页数可以判断空间是否满 2、查看数据库文件存放位置 Db2 LIST TABLESPACE CONTAINERS FOR 表空间标识SHOW DETAIL 如下图： 3、调整空间大小 在现有数据文件扩容： alter tablespace datadbs extend(file'/home/db2inst1/db/r_dta_01' 1000M) 增加新数据文件： alter tablespace datadbs add (file'/home/db2inst1/db/r_dta_02' 4096M) 不指定单位（G,M,K）默认为页 4、数据库的日志文件已满 查看日志使用情况get db cfg for 数据库名 修改日志文件大小：update db cfg for 课题光学图像信息处理 1．了解光学图像信息处理的基本理论和技术 教学目的 2．掌握光的衍射、光学傅里叶变换、频谱分析及频谱滤波的原 理和技术。 重难点 1．光具组各元件的共轴调节； 2．傅里叶变换原理的理解。 教学方法讲授、讨论、实验演示相结合。 学时 3个学时 一、前言 光学信息处理技术是近20年多来发展起来的新的研究领域，在现代光学中占有重要的位置。光学信息处理可完成对二维图像的识别、增强、恢复、传输、变换、频谱分析等。从物理光学的角度，光学信息处理是基于傅里叶变换和光学频谱分析的综合技术，通过在空域对图像的调制或在频域对傅里叶频谱的调制，借助空间滤波的技术对光学信息进行处理。 二、实验仪器 黑白胶片、白光光源、聚光镜、小孔滤波器、准直镜、黑白编码片框架、傅氏变换透镜、频谱滤波器、场镜、CCD彩色摄像机、彩色监视器、白屏等。 三、实验原理 光学信息处理的理论基础是阿贝（Abbe）二次衍射成像理论和著名的阿贝－波特（Abbe－Porter）实验。阿贝成像理论认为，物体通过透镜成像过程是物体发出的光波经物镜，在其后焦面上产生夫琅和费衍射的光场分布，即得到第一次衍射的像（物的傅里叶频谱）；然后该衍射像作为新的波源，由它发出次波在像面上干涉而构成物体的像，称为第二次衍射成像，如图1所示。 进一步解释，物函数可以看作由许多不同空间频率的单频（基元）信息组成，夫琅和费衍射将不同空间频率信息按不同方向的衍射平面波输出，通过透镜后的不同方向的衍射平面波分别汇聚到焦平面上不同的位置，即形成物函数的傅里叶变换的频谱，频谱面上的光场分布与物函数(物的结构)密切相关。不难证明，夫琅和费衍射过程就是傅里叶变换过程，而光学成像透镜即能完成傅立叶变换运算，称傅里叶变换透镜。 阿贝成像理论由阿贝－波特实验得到证明：物面采用正交光栅（网格状物），用平行单色光照明，在频谱面放置不同滤波器改变物的频谱结构，则在像面上可得到物的不同的像。实验结果表明，像直接依赖频谱，只要改变频谱的组份，便能改变像。这一实验过程即为光学信息处理的过程，如图2所示。 如果对物或频谱不进行任何调制（改变），物和像是一致的，若对物函数或频谱函数进行调制处理，由图2所示的在频谱面采用不同的频谱滤波器，即改变了频谱则会使输出的像发生改变而得到不同的输出像，实现光学信息处理的目的。 1.空间目标有哪些？卫星、空间站、进入空间轨道的助推火箭、保护罩、空间碎片、弹道导弹、宇宙飞行物。 2.空间探测手段有哪些？光电手段：可见光望远镜、光电阵、紫外、红外望远镜/无线电：机械跟踪雷达、相控阵雷达、电磁篱笆 3.空间数据采集方法有哪些？数据采集分为属性数据采集和图形数据采集，地图数字化、实测数据、试验数据、遥感与GPS数据、理论推测与估算数据、统计数据、历史数据、集成数据 4.给出几种典型地貌的特征。山头和洼地：中间高/低四周低/高山脊和山谷：凸低为脊，凸高为谷鞍部：两个山顶中间的低地陡崖和悬崖：多条等高线密集/重叠；dgx相交 5.简述高斯-克吕格投影的特点及其与UTM投影的异同点横轴切圆柱正形投影；中央子午线长度变形比为1；在同一条经线上，长度变形随维度的降低而增大，在赤道处为最大，在同一条纬线上，长度变形随经度的增加而增大，且增大速度较快；在6’带范围内，长度最大变形不超过0.14%。横轴割圆柱正形投影，中央子午线长度变形比为0.9996；6’带内0.04%，投影带编号第一带在117’W 6.什么是高程？高程基准的概念是什么？表示地球上一点至参考基准面的距离，它和水平量值一起，统一表达点在三维空间的位置；包括高程起算基准面和相对于这个基准面的水准原点（基点）高程。h=H+N 7.什么是高程水准测量方法，什么是三角高程测量方法？利用能提供水平视线的仪器，测定地面点间的高程，从而推算高程的一种方法；通过观测两个控制点的水平距离和天顶距（或高度角）求定两点间 高差的方法。经纬仪：水平/竖直角8.请简述 地图投影的分类及作用？把曲面上地理对 象影射到平面的有效方法。按地图投影的构 成方法：{几何投影：按辅助投影面的类型： 方位/圆柱/圆锥；投影面与地球自转轴间的方位关系：正轴/横轴/斜轴；投影面与地球的位置关系：切/割/分离；非几何投影：伪方位/圆柱/圆锥多圆锥}按投影变形性质：等角（正形）/等面积/等距/任意9.引起遥感影像变形的主要原因是什么？遥感平台位置和运动状态变化的影响/地形起伏/地球表面曲率/大气折射/地球自转10.什么是全球定位系统？结合卫星及通讯发展 的技术,利用导航卫星进行测时和测距。全天候的，空间基准的导航系统，可满足位于全球任何地方或近地空间的军事用户连续地精确地确定三位位置和三位运动及时间的需要。11.简述北斗定位系统的原理。“北斗一号”卫星定位系统由两颗地球静止卫星和一颗在轨备份卫星、中心控制系统、标校系统和各类用户机等部分组成。首先由中心控制系统向卫星i和卫星ii同时发送询问信号，用户响应其中一颗卫星的询问信号，同时向两颗卫星发送响应信号，经卫星转发回中心控制系统。中心控制系统测出两个时间延迟：从中心控制系统发出询问信号，经某一颗卫星转发到达用户，用户发出定位响应信号，经同一颗卫星转发回中心控制系统的延迟；和从中心控制发出询问信号，经上述同一卫星到达用户，用户发出响应信号，经另一颗卫星转发回中心控制系统的延迟。由于中心控制系统和两颗卫星的位置均是已知的，因此由上面两个延迟量可以算出用户到第一颗卫星的距离，以及用户到两颗卫星距离之和，从而知道用户处于一个以第一颗卫星为球心的一个球面， 和以两颗卫星为焦点的椭球面之间的交线上。另外中心控制系统从存储在 计算机内的数字化地形图查寻到用户高程值，又可知道用户出于某一与地 球基准椭球面平行的椭球面上。从而中心控制系统可最终计算出用户所在 点的三维坐标。12.列举三个导航定位系统，并简述其性能。13.地理信息系 统应用于哪些领域？根据你的了解论述地理信息系统的应用和发展前景？ 现今地理信息系统已应用于测绘与地图制图、资源管理、城乡规划、灾害 监测、环境保护、国防、宏观决策。随着云计算、物联网、移动终端等新 技术的快速发展，未来的GIS将会是普适化的GIS，用户日益多样的需求将 能够得以轻松解决。无论任何人都可以使用，无论在任何的地方，无论拿着任何的终端都可以访问GIS服务，而不再局限于专业终端上，让普通用户都可以通过多重媒介进行访问。14.地理信息系统由哪几个主要部分组成？它的基本作用有哪些？硬件基本配置：设备基础；软件：空间数据输入与转换/查询与分析/空间数据库管理系统/制图与输出/图形与属性数据编辑；空间数据：几何/属性/时间顺序，操作对象；人员：信息管理/咨询/数据整理；方法 （应用模型）GIS方法15.简述遥感的基本概念，遥感类型的划分依据及其基本情况。 指非接触的，远距离的探测技术。应用遥感仪器，不与探测目标相接触，从远处把目 标的电磁波特性记录下来，通过分析揭示出物体的特征性质及其变化的综合性探测技 术。遥感平台、传感器、遥感信息的接收和处理遥感图像判定和应用。16.什么是游 程编码？游程编码的压缩效果与哪些因素有关？游程长度编码，链码，对给定图进行编码。游程编码是逐行将相同值得栅格合并，记录合并后栅格的值及合并栅格的数量（即游程），其目的是压缩栅格数据量，消除数据间的冗余。游程编码的压缩效果主要取决于栅格数据的性质级与原图的复杂成反比，变化多得部分有游程数就多，变化少的部分游程数就少，图件越简单压缩效率就越高。17.简述要素/对象模型、场模型、矢量数据模型、栅格数据模型及其各自的适用条件。{要素}点对象，由特定位置、维数为零的物体；线对象，维度为一的空间组成部分；多边形对象，即面状实体，通常用封闭曲线加内点来表示。矢量模型即是基于要素的，将现象看成原型实体的集合，矢量模型的表达源于空间实体的本身，通常以坐标来定义。场模型也称域模型，是把地理现象作为连续变量或体来看待。栅格数据模型适于用场模型抽象的空间对象表达。栅格可以用数字矩阵来表示，空间坐标隐含在矩阵行列中。18.简述什么是GIS空间分析，主要内容包括哪些？GIS空间分析指的是在GIS 1.1 数据、信息和信息技术的基本概念 1.1.1 数据和信息 1.数据和信息 数据概念：数据是对事实、概念或指令的一种特殊表达形式，这种特殊表达形式可以用人工的方式或者用自动化的装置进行通信，翻译转换或者进行加工处理。 其含义：在计算机科学中，数据是指所有能输入到计算机并被计算机程序处理的符号的介质的总称，是用于输入电子计算机进行处理，具有一定意义的数字、字母、符号和模拟量等的通称。 按表现形式分为：①数字数据，如各种统计或量测数据；②模拟数据，又分为图形数据（如点、线、面）、符号数据、文字数据和图像数据等。 信息：信息是构成一定含义的一组数据，是数据的内容和解释。 信源：信息的发生者。 信宿：信息的接受者。 载体：传播信息的媒介。 信道：信源和信宿之间信息交换的途径和设备 2.信息的传递 （信源） 信宿 （信宿） 信源 信宿 信宿 说明： ①.一个信源可以供给多个信宿 ②.一个信宿也可以是一个新的信源 ③.信源传递给信宿的信息量不会减少 3.信息的特性 ①.可传输性 ②.可识别性 ③.可处理性 ④.可还原再现 ⑤.扩散性和可共享性 ⑥.时效性和时滞性 ⑦.可重复利用性 ⑧.存储性 ⑨.信息是可以转换的 ⑩.信息是有价值的 6.数据和信息的关系 数据和信息相互联系又有区别。数据能够表示信息，信息不随载荷它的物理介质改变而变化，数据由于载体不同表现形式也可以不同。 信息的采集分为三个阶段：识别——采集——表达 1.1.3 信息技术 1.信息技术概念: 信息技术是指感测、通信、计算机和智能以及控制等技术的整体。 ※2.信息技术的分类 ①.信息获取技术 把人们的感觉器官不能准确感知或不能感知的信息转化为 人能感知的信息。如：气象卫星、望远镜、行星探测器等 ②.信息传递技术 如：电话、网络 ③.信息存储技术 在各种载体上保存信息。如：印刷、照相、刻录光盘等 ④.信息检索技术 ⑤.信息加工技术 对信息进行分类、排序、转换、压缩、扩充等技术 ⑥.信息标准化技术如：文献标准、汉字编码。 1.2 信息系统 1.2.1 信息系统概念 信息系统是与信息加工、信息传递、信息存储以及信息利用等有关的系统。 信息系统包括： 数据处理系统、管理信息系统、决策支持系统和办公自动化系统。 1.2.2信息系统的发展 信息系统的发展： 电子处理系统管理信息系统决策支持系统专家系统 1.3 网络信息 1.内容上的特点 信息海量、种类繁多、信息既分布开放又相互联系。 2.形式上的特点 信息的非线性、信息的交互性、信息的动态性。 3.效用上的特点 信息的共享性、信息的时效性、信息的强转移性、信息的强选择性、信息的高增值性。 1.4信息安全及法规 1信息安全概念 信息安全是指信息的保密性、完整性和可用性的保持。 信息保密性：是指保障信息仅仅为那些被授权使用的人获取。 信息的完整性：是指信息在利用、传输、贮存等过程中不被篡改、丢失、缺损等，另一方面是指信息处理方法的正确性。 信息的可用性：是指保障授权使用人在需要时，可以立即获取信息和使用相关的资源。 1.4.2信息安全法规 MATLAB编程用两种方法模拟光学实验 摘要： 利用MATLAB软件编程实现了用衍射积分的方法对单缝衍射、杨氏双缝干涉、黑白 光栅衍射的计算机模拟；以及用傅立叶变换方法对简单孔径衍射、黑白光栅及正弦光栅夫 琅和费衍射的模拟。 关键词： MATLAB；衍射积分；傅立叶变换；计算机模拟 引言： 美国Mathworks公司推出的MA TLAB，是一种集数值计算、符号预算、可视化建模、 仿真和图形处理等多种功能于一体的优秀图形化软件。本文介绍了通过MA TLAB软件编 程实现用衍射积分和傅立叶变换实现夫琅和费衍射计算机模拟的方法。 计算机模拟为衍射实验的验证提供一条简捷、直观的途径。从而加深了对物理原理、 概念和图像的理解。 正文： 大学教学课程中引入计算机模拟技术正日益受到重视，与Basic、C和Fortran相比，用MA TLAB软件做光学试验的模拟，只需要用数学方式表达和描述，省去了大量繁琐的编 程过程。下面来介绍利用MATLAB进行光学模拟的两种方法。 （一）衍射积分方法： 该方法首先是由衍射积分算出接收屏上的光强分布，然后根据该分布调制色彩作图，从而得到衍射图案。 1．单缝衍射。 把单缝看作是np个分立的相干光源，屏幕上任意一点复振幅为np个光源照射结果 的合成，对每个光源，光程差Δ=ypsinΦ,sinΦ=ys/D,光强I=I0(Σcosα)2+(Σsinα)2，其中α=2Δ/λ=πypys/λD 编写程序如下，得到图1 lam=500e-9; a=1e-3;D=1; ym=3*lam*D/a; ny=51; ys=linspace(-ym,ym,ny); np=51; yp=linspace(0,a,np); for i=1:ny sinphi=ys(i)/D; alpha=2*pi*yp*sinphi/lam; 图1 单缝衍射的光强分布 sumcos=sum(cos(alpha)); sumsin=sum(sin(alpha)); B(i,:)=(sumcos^2+sumsin^2)/np^2; end N=255; Br=(B/max(B))*N; subplot(1,2,1) 龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/e218004808.html, 基于空间信息技术的湖泊流域信息提取研究作者：魏志忠任春涛曹有玲李卫平 来源：《城市建设理论研究》2013年第10期 摘要：数字高程模型(Digital Elevation Model,简称DEM)是地形表面形态属性的数字化表达，被广泛应用于流域水文模拟中河网水系的提取研究。从DEM直接提取的河网水系及相关的流域地理空间信息，是分布式水文模拟的地理信息平台。通过对SRTM数据处理，运用SWAT模型对呼伦湖流域的DEM进行水文特征提取，分析流域分布情况。呼伦湖全流域面积为25.6万km2，蒙古国部分为16.3万km2，约占总面积的63.7%。呼伦湖的主要水源、产汇流条件较好克鲁伦河和哈拉哈河，其产流区大部分位于蒙古国境内。两国应加强流域综合管理，合理配置水资源，以保证下游入湖的水量来防止呼伦湖的持续萎缩。 关键词：DEM，SRTM数据，SWAT模型,呼伦湖流域 1 引言 数字高程模型(Digital Elevation Model,简称DEM)是地形表面形态属性的数字化表达，被广泛应用于流域水文模拟中河网水系的提取。从DEM直接提取的河网水系及相关的流域地理空间信息,是分布式水文模拟的地理信息平台[1]。 湖泊及其流域是人类主要的生境所在，但随着社会经济的发展，湖泊水环境恶化和流域生态退化等问题也随之出现[2]。而目前对湖泊和流域的研究也大多将二者割裂，忽视了湖泊-流域的生态系统完整性[3]。同时流域管理也采取的是一种分散化、以行政辖区为基础的管理模式，对于一些跨国界的湖泊流域所面临的问题更为复杂。 本文利用空间信息技术及计算机地理信息系统软件，通过对SRTM数据处理，对呼伦湖 整个流域的DEM进行水文特征提取，分析流域水文特征。 2 研究区概况与数据来源 2.1 研究区概况 呼伦湖位于内蒙古自治区呼伦贝尔市境内，介于116°58’-117°48’ E，48°33’-49°20’ N之间。湖面呈不规则斜长方形，轴向为东北至西南方向，长度为93km，最大宽度为41km，湖水多年平均面积在2000km2左右，平均水深5.7m。 呼伦湖属于额尔古纳河水系。流域地处中温带半干旱大陆性季风区，多年平均降水量为268mm。湖水的补给除大气降水外，主要来自发源于蒙古国肯特山脉的克鲁伦河；连接贝尔湖和达赉湖的乌尔逊河；以及湖东北部的新开河。新开河是一个吞吐性河流，海拉尔河水大时，顺该河流入呼伦湖，呼伦湖水大时又顺此河流向额尔古纳河(见图1)。 多媒体信息处理技术 (5) 多媒体信息处理技术 1 多媒体数据的分类 媒体是承载信息的载体，是信息的表示形式。信息媒体元素是指多媒体应用中可以显示给用户的媒体组成元素，目前主要包括文本、图形、图像、声音、动画和视频等媒体。 一、多媒体数据的特点 多媒体数据具有数据量巨大、数据类型多、数据类型间差别大、数据输入和输出复杂等特点。多媒体数据类型多，包括图形、图像、声音、文本和动画等多种形式，即使同属于图像一类，也还有黑白、彩色、高分辨率和低分辨率之分，由于不同类型的媒体内容和格式不同，其存储容量、信息组织方法等方面都有很大的差异。 二、多媒体数据的分类 1．文字 在计算机中，文字是人与计算机之间信息交换的主要媒体。文字用二进制编码表示，也就是使用不同的二进制编码来代表不同的文字。 文本是各种文字的集合，是人和计算机交互作用的主要形式。 文本数据可以在文本编辑软件里制作，如Word编写的文本文件大都可以直接应用到多媒体应用系统中。但多媒体文本大多直接在制作图形的软件或多媒体编辑软件时一起制作。 2．音频 音频泛指声音，除语音、音乐外，还包括各种音响效果。将音频信号集成到多媒体中，可提供其他任何媒体不能取代的效果，从而烘托气氛、增加活力。 3．图形、图像 凡是能被人类视觉系统所感知的信息形式或人们心目中的有形想象都称为图像。 图形文件基本上可以分为两大类：位图和向量图。 位图图像是一种最基本的形式。位图是在空间和亮度上已经离散化的图像，可以把一幅位图图像看成一个矩阵，矩阵中的任一元素对应于图像的一个点，而相应的值对应于该点的灰度等级。 图形是指从点、线、面到三维空间的黑白或彩色几何图形，也称向量图。图形是一种抽象化的图像，是对图像依据某个标准进行分析而产生的结果。 向量图形文件则用向量代表图中的文件，以直线为例，在向量图中，有一数据说明该元件为直线，另外有些数据注明该直线的起始坐标及其方向、长度或终止坐标， 图形文件保存的不是像素点的值，而是一组描述点、线、面等几何图形的大小、形状、位置、维数等其他属性的指令集合，通过读取指令可以将其转换为屏幕上显示的图像。由于大多数情况下不需要对图形上的每一个点进行量化保存，所以，图形文件比图像文件数据量小很多。图形与图像是两个不同的概念。 4．动画 图像或图形都是静止的。由于人眼的视觉暂留作用，在亮度信号消失后亮度感觉仍可保持1／20s～1／10s。利用人眼视觉惰性，在时间轴上，每隔一段时间在屏幕上展现一幅有上下关联的图像、图形，就形成了动态图像。任何动态图像都是由多幅连续的图像序列构成的，序列中的每幅图像称为一帧，如果每一帧图像是由人工或计算机生成的图形时，称为动画；若每帧图像为计算机产生的具有真实感的图像时，称为三维真实感动画；当图像是实时获取的自然景物图像时就称为动态影像视频，简称视频。 用计算机制作动画的方法有两种：一种称为造型动画，另一种称为帧动画。帧动画由一幅幅连续的画面组成图像或图形序列，是产生各种动画的基本方法。造型动画则是对 收稿日期:2004202213 基金项目:佛山科学技术学院校级科研课题经费资助 作者简介:谢嘉宁(1971-),女,广东潮州人,佛山科学技术学院物理系讲师,光学工程硕士,主要从事光学实验教学与 光信息处理的研究. Matlab 在光学信息处理仿真实验中的应用 谢嘉宁1,陈伟成1,赵建林2,陈国杰1,张潞英1 (1.佛山科学技术学院物理系,广东佛山528000;2.西北工业大学应用物理系,陕西西安710072) 摘 要:提出了一种利用计算机并通过Matlab 软件仿真光学信息处理实验的方法,其特点是可以随意改变物理参量,克服了光学实验上难以实现的操作.文中分别给出了光栅衍射、空间滤波、图像边缘增强、相关识别等实验的部分仿真结果. 关键词:Matlab ;计算机仿真;CAI 中图分类号:O4239 文献标识码:A 文章编号:100524642(2004)0620023203 1 引 言 光学信息处理是以光子传递信息,以光学或光电子器件进行操作运算,利用光的透射、干涉和衍射等光学现象来实现对输入信息的各种变换或处理.因此,它也是一门基于实验的科学.随着计算机的广泛使用,计算机仿真实验得到了大量研究,各类CAI 软件应运而生,给光学信息处理的研究和教学带来极大方便.但笔者在调研中发现,大部分的仿真程序由VB ,C 和Fortran 等高级语言编写[1～3].使用这些语言编程,需要编者具有良好的计算机编程能力并花费较多的时间.因此,本文探讨利用Matlab 软件实现对光学信息处理实验的计算机仿真方法. Matlab 作为科学计算软件,主要适用于矩阵 运算和信息处理领域的分析设计,它使用方便、输入简捷,运算高效、内容丰富,并且有大量的函数库可供使用[4].与Basic ,C 和Fortran 相比,用Matlab 编写程序,其问题的提出和解决只需以数 学方式表达和描述,不需要大量繁琐的编程过程,因此特别适合工程计算和教学软件的编写.本仿真实验系统实现了多种衍射屏的夫琅和费衍射、空间滤波、图像边缘增强、相关识别等实验的仿真.2 仿真系统的总体设计 本系统采用Matlab5.3编写,在Pentium 以上个人计算机上、Matlab 环境下运行.为了方便 用户使用,本系统的实验项目模块设置如图1所示.主界面的程序为OIP000.m ,界面如图2所 示.四大系统子模块是该窗体的子窗体模块,分别为OIP1.m ,OIP2.m ,OIP3.m 和OIP4.m ,通过单击主界面上相应的按钮即可启动相应的子窗体,在每一级子窗体界面上有相关的参量选择和操作 . 图1 系统模块功能图 图2 仿真实验系统主界面 第24卷 第6期 2004年6月 物 理 实 验 PHYSICS EXPERIM EN TA TION Vol.24 No.6 J un.,2004
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