狭缝后的透射光场: T fx H fx aL d sin c 2a d sin c L fx 2 d sin c 2a d sin c L fx 2 d P3面输出光场分布为 g x3 F -1 T fx H fx 2a d rect Βιβλιοθήκη Baidu x3 L sin c 2a d cos 4 x3 d 2、相干滤波的基本原理 4)采用不透光的小圆屏挡掉零级谱, 而让其余频率成份都能通过双缝。 2、相干滤波的基本原理 2.2 空间滤波的傅里叶分析 ✓为简单起见,以一维光栅物体为例进行傅立叶分析,以更透彻的了解改 变系统透射频谱对于像的结构的直接影响。假设光栅的透过率为 t x1 rect x1 a 1 d comb x1 d rect x1 L 其中,a为缝宽,d为光栅常数,L为光栅沿x1方向的尺寸。 ✓利用透镜的傅立叶变换性质,可实现相干光处理或相干滤波。前面介绍的 4f系统是非常典型的相干滤波系统。 2、相干滤波的基本原理 2.4 其他的相干滤波系统和滤波器 ✓相干滤波系统需要完成从空域 到频域,又从频域还原到空域的 两次傅立叶变换以及在频域的乘 积运算。系统应该具有与空域想 对应的输入、输出平面,以及和 频域相对应的确定频谱面。 1、引言 ✓ 光学处理和数字处理的比较 1)光学处理是并行处理,处理系统是二维的,特别适用于对图像的快速和实时处 理;数字图像处理主要指计算机图像处理,它对数据的处理方式是逐点的、一维 的,原理上讲处理速度慢。 2)光学处理系统的信息处理容量大,运算速度快,系统结构简单,操作方便,可 实现一些二维信息处理,例如二维傅里叶变换、二维复函数的卷积和相关运算等。 3)光学信息处理的缺点主要是缺少灵活性。 因此,可以把光学处理和数字处理结合起来,取长补短,组成混合系统实现最佳 性能,如下图所示。 2、相干滤波的基本原理 1) 选择适当宽度的狭缝,仅让零级 谱通过,挡掉其余频率部分。 紧靠狭缝后的透射光场为 T f x H fx aL d sin c Lf x P3面输出光场分布为 g x3 F -1 T fx H fx a d rect x3 L 2、相干滤波的基本原理 2)适当放宽狭缝,仅让零级和正、负 一级谱通过。 狭缝后的透射光场: T fx H fx T fx aL d sin c Lf x P3面输出光场分布为 g x3 F -1 T fx H fx t x3 a d rect x3 L 2、相干滤波的基本原理 2.3 相干滤波的基本原理和运算 ✓相干滤波包括两个过程:从输入面到频谱面的频率分解过程和从频谱面到 输出面的频率合成过程。若在频谱面放置一特定的滤波器,则实现了对输入 信息的变换处理! 狭缝后的透射光场: sin c a d sin c L fx 1 d sin c a d sin c L fx 1 d P3面输出光场分布为 g x3 F -1 T fx H fx a d rect x3 L 1 2 sin c a d cos 2 x3 d 2、相干滤波的基本原理 3)采用双缝,仅让正、负二级谱通过。 2、相干滤波的基本原理 2.1 阿贝—波特实验 ✓阿贝—波特实验证明了阿贝的成像理论,是显示空间滤波原理的富有说服 力的实验,如下图所示(4f系统): 其中,L1是准直透镜,L2和L3是傅里叶变换透镜,焦距均为f。P1、P2和P3分 别是物面、频谱面和像面,P3平面采用反射坐标系。 2、相干滤波的基本原理 ✓若在物面放置细丝网格,用相干光源照明,各级衍射光在L2的后焦面P2 分离开,形成一些亮点,即物体的空间频谱(图a); ✓在经L3变换成不同方向的平面波分量,在P3平面重新相干叠加,产生网 格的像(图b)。 2、相干滤波的基本原理 ✓像和系统传递的空间频谱之间存在着一一对应的关系。在频谱面上通过 狭缝、小孔等光阑改变透射的频谱,输出像的结构也将发生变化。 ✓相干成像系统都可以用来构成 相干滤波系统,物、像面就是输 入、输出平面,并在频谱面上放 置所需的滤波器。 ✓ 其他典型的相干滤波系统如右 ✓ 光学信息处理通常有两种分类方法 1)根据系统是否满足线性叠加性质,分为线性处理和非线性处理; 2)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。 1、引言 ✓ 发展简史 ✓ 1859年,佛科(Foucault)的刀口检验; ✓ 1873年,阿贝(E.Abbe)提出显微镜成像理论; ✓ 1935年,泽尼克提出了相衬原理,获1953年诺贝尔物理学奖; ✓ 1948年,伽柏发明全息术,获得了1971年诺贝尔物理学奖; ✓ 50年代通讯理论和光学的结合,产生了傅里叶光学 ✓采用单位振幅平面波垂直照明,P2面上的光场分布正比于物体的频谱,即: T fx aL d n sin c an d sin c L fx n d aL d sin c Lf x sin c a d sin c L fx 1 d sin c a d sin c L fx 1 d L 其中,f x x2 f ✓在P2面上放置不同的孔径光阑,作频域处理,将给出完全不同的输出像。 —光学信息处理的理论和技术奠定了基础。 ✓ 60年代,激光器诞生,全息术获得重大发展,相干光处理进 入蓬勃发展的阶段; ✓ 70年代,为克服相干噪声,转向非相干光处理、白光处理; ✓ 90年代,迅速发展的分数傅里叶光学是傅里叶光学的发展和延拓, 为光学信息处理开辟了更广的领域。 ✓ 随着计算机技术的发展,电子数字计算机和光学模拟处理器将结合起 来,构成混合处理系统;同时,光计算也将成为非常重要的研究领域。 本章主要内容 1、引言 2、相干滤波的基本原理 3、简单振幅和位相滤波的例子 4、光栅滤波器的应用 5、光学图像识别 6、图像复原 7、非相干光处理 8、白光信息处理 9、其他 1、引言 ✓ 什么是光学信息处理? 所谓的光学信息处理,是指用光学方法实现对输入信息的各种变换和处理。 1)这些输入信息可以是光信息,也可以是电信号或声信号,但这些信号需要 使用电光或声光转换器件,把它们变为光信号,再输入光学系统处理。 2)用光学方法可以实现各种变换和处理,例如菲涅耳变换、傅里叶变换、卷 积运算,以及去噪、编码与解码等。