近代光信息处理第2章经典光学信息处理.pptVIP

第二章;第二章 经典光学信息处理;2.1 引 言;1873年，德国科学家阿贝(Abbe)创建了二次成像理论，为光学信息处理打下了一定的理论基础 1935年，物理学家策尼克(Zernike)发明了相衬显微镜，将相位分布转化为强度分布，成功地直接观察到微小的相位物体——细菌。 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。 20世纪80年代以后，随着关键器件——空间调制器的日益完善，光学信息处理以其速度快、抗干扰能力强、并行处理等特点逐渐显示其独特的优越性，成为当今最热门学科方向。;2.2 早期发展;阿贝研究结论：;2、阿贝—波特系列实验;部分实验内容及结果:; 由实验结果归纳出几点结论如下：; 由实验结果归纳出几点结论如下：;2.3 傅里叶处理器;4f 光学信息处理系统;4f 光学信息处理系统;2.4 线性系统与卷积; 如果??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|h(x,y)|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。;2.5 空间滤波;1、空间滤波的傅里叶分析; 将物置于4f 系统输入面上，频谱为 T(u) =F {t(x)} = (aB/d){sinc(Bu) + sinc(a/d)·sinc[B(u – 1/d)] + sinc(a/d)·sinc [B(u + 1/d)] + …} 其中u = x / ?f 。式中第 1 项为零级谱，第2、3项分别为+1 、-1 级谱，后面依次为高级频谱，频谱的强度分布实际上是栅状物的夫琅禾费衍射。; ;t’(?); ;F(u); ;F(u); ;当a d/2 时，像的振幅分布向下错位，强度分布出现衬度反转，原来的亮区变为暗区，原来的暗区变为亮区。; 2、滤波器的种类及应用举例;低通滤波器;低通滤波的例子;高通滤波器;带通滤波器;采用带通滤波器：在每一个阵列点位置开一个通光小孔，其孔径应选择恰好使?通过，而使G的第一个暗点被阻挡。滤波后可在像面上得到去除了污点的正交光栅。;例2：缩短光栅的周期;方向滤波器; 例2：组合照片上接缝的去除; 例3：地震记录中强信号的提取; 2、相位型滤波器——相衬显微镜; ;频谱面放置相位滤波器，其后的光场分布为 T’(u, v) = ? (u, v) exp(± i?/2) + i ?(u, v) = i [±? (u, v) + ?(u, v) ] 像面复振幅分布: t’=F–1{T’(u, v)} = i[±1 + ?(?, ?)] 像的强度分布为 Ii = | t’ |2 = |±1 + ?(?, ?)}|2 = 1 ± 2?(?, ?) 可见，像强度 Ii 与相位 ? 呈线性关系，也就是说像强度随物的相位分布线性地分布，这就实现了相位到振幅(强度)的变换。式中的±号代表正相位反衬和负相位反衬，前者表示相位越大像强度越大，后者则相反。 例如，用相衬显微镜观察透明生物切片；利用相位滤波系统检查透明光学元件内部折射率是否均匀，或检查抛光表面的质量，等等。;相衬法;Schlieren 方法;3、多重像的产生 ;在P2平面后的光场: u2’ = F | g(x, y) | F(u, v) P3平面得到的输出光场: 式中后两项的卷积形成了一个sinc函数的阵列，事实上它可近似看成是 ? 函数阵列，物函数与之卷积的结果是在 P3平面上构成输入图形的多重像。 说明: 上面的推导过程中忽略了光栅孔径和透镜孔径的影响，但这无碍于对多重像产生过程的物理概念的理解。;多重像的产生;4、图像相减; H∝IA[(1 + R)/2] + IB[(1- R)/2] = ( IA + IB )/2 + ( IA – IB )R/2上式的物理意义: 在图像A和图像B相同的部分得到一张普通的负片，在图像A和图像B不同的部分得到一张其差值受光栅调制