【大学课件】傅里叶光学和光学信息处理

1、傅里叶光学和光学信息处理傅里叶光学和光学信息处理中国科学技术大学国家级精品课程大学物理实验讲座中国科学技术大学国家级精品课程大学物理实验讲座http:/ 光学信息处理是用光学的方法实现对输入信息的各种变光学信息处理是用光学的方法实现对输入信息的各种变换或处理。光学信息处理是近年来发展起来的一门新兴学科换或处理。光学信息处理是近年来发展起来的一门新兴学科,它以全息术、光学传递函数和激光技术为基础。透镜的傅里它以全息术、光学传递函数和激光技术为基础。透镜的傅里叶变换效应是光学信息处理的理论核心。叶变换效应是光学信息处理的理论核心。 与其他形式的信息处理技术相比，光学信息处理具有高度与其他形式的信息

2、处理技术相比，光学信息处理具有高度并行性和大容量的特点。这一学科发展很快，现在已经成为并行性和大容量的特点。这一学科发展很快，现在已经成为信息科学的一个重要分支，在许多领域进入了实用阶段。信息科学的一个重要分支，在许多领域进入了实用阶段。 光学信息处理的内容十分丰富。本讲座介绍傅里叶变换和光学信息处理的内容十分丰富。本讲座介绍傅里叶变换和傅里叶光学的基础知识，傅里叶光学和光学信息处理的两种傅里叶光学的基础知识，傅里叶光学和光学信息处理的两种实验：空间滤波和图像识别。实验：空间滤波和图像识别。http:/ x,y)=ft-1g(u,v)dudvvyuxi2expvu,gyxgdxdyvyuxi2

3、expyx,gvug)(),()(),(（http:/ ftg+h= ftg+ fth相似性定理 若ftg(x,y)=g(u,v)则 即，空域（对应于电学信号的时域而引入的名词）中坐标的“伸展”，导致频域中坐标的压缩和整个频谱上幅度的一个总体变化。 bvaugab1byaxgft,),(http:/ 若ftg(x,y)=g(u,v)则即，函数在空域中的平移，带来频域中的线性相移。巴塞伐定理巴塞伐定理 ： （能量守恒）若ftg(x,y)=g(u,v)则)(),(),(vbuai2expvugbyaxgftdudvvugdxdyyxg22),(),(http:/ 若 ftg(x,y)=g(u,v)

4、， fth(x,y)=h(u,v)则 在空域中两个函数的卷积完全等效于一个更简单的运算：它们各自的傅里叶变换式的乘积),(),(vuhvughftgdd-yxhghg),(),(http:/ ftg(x,y)=g(u,v)， fth(x,y)=h(u,v)则（互相关和自相关）),(),(vuhvu*ghftgddyxh*ghg),(),(http:/ ftft-1g(x,y)=ft-1ftg(x,y)=g(x,y)11ftfthttp:/ 光圈由小变大 中央零级通过可以观察到傅里叶频率综合的现象。如果挡掉中央零级可能是一片均匀的光 可能是反衬度相反的像。http:/ ，相位滤波器，复数滤波器1

5、低通滤波：只允许位于频谱面中心及附近的低频分量通过，可以滤掉高频噪音。 2高通滤波：它阻挡低频分量而让高频分量通过，可以实现图像的衬度反转或边缘增强。 3 带通滤波：它只允许特定区域的频谱通过，可以去除随机噪音。4方向滤波：它阻挡或允许特定方向上的频谱分量通过，可以突出图像的方向特征。图3http:/ 位相滤波器位相滤波器 ：在显微镜物镜的频谱面中心涂一小滴透明的电解质 ，其厚度为h，折射率为n。 y)(x,i1y)(x,i expt/2 nhhttp:/ exp在像平面上得到复振幅和光强分别为：)(sin21*)exp()exp(uuiiiiiftu,.5, 3, 1,.4,2,02)12(

6、mmm2121ii正相衬负相衬http:/ ccd接受平面刀口透镜1透镜2底片的共轭物平面http:/ f*(u,v)g(u,v)在p3平面上得到： ft(f*g)根据维纳-辛欣定理：ft(f*g)=f g如果f*(u,v)=g*(u,v) 则得到一个自相关亮点物理意义解释：g*g=2g1963年由密执安大学雷达实验室的年由密执安大学雷达实验室的 a.b.vander lugt 提出提出http:/ =a2+ g 2+ag*exp(- i2sin/ )+agexp( i2sin/ )为参考光与物光的夹角。第3项中包含了所需的匹配滤波器g*(解释）http:/ 1.原位显影或使用精密的复位架 2.制作许多匹配滤波器。 3.对图形进行预处理 4.光电混合法http:/ dudvvyuxiauigfdudvvyuxiauifgdudvvyuxiggdudvvyuxiffdudvvyuxivussft)(2exp)4exp(*)(2exp)4exp(*)(2exp*)(2exp*)(2exp),(22第1、2项分别为f和g的自相关，位于光轴中心第3项为g f，中心位于x=2a第4项为 f g，中心位于x=-