《光学信息处理》绪论

光学信息处理1课程安排地点：教402时间：周二（1，2节）第二学期：2—18周，其中第17周随堂考试。成绩：平时（30%+10%）+期末考试（60%），其中平时的30%为考勤和作业，10%为报告2绪论什么是光学信息处理？光学信息处理的研究内容与分类光学信息处理的发展历程光学信息处理的应用本课程的主要内容总结3一、什么是光学信息处理光学信息信息光学光学信息处理41、光学信息处理的对象——光学信息定义消息信号信息光学信息：携带着信息的光强或光场等随空间变化的序列分类:一维、二维、三维光学信息表示方法空间中的光波/光场不同的位置的变化,指光的强度（或振幅）、相位、颜色（波长）和偏振态等。5光场的数学表示：光场

xy0复振幅振幅相位6与通信系统比较通信系统：信息寓于时域中（调制的电压或时间的波形）信息光学系统：信息寓于空域中（光波的振幅或强度）72、什么是信息光学定义：采用信息学的研究方法来处理光学问题，采用信息传递的观点来研究光学系统光学信息的收集、传递、处理过程中，利用傅立叶分析和系统理论予以变换和处理，也称傅立叶光学为什么引入“傅立叶变换”信息光学和网络系统理论的相似是以正弦信息为基础的，而实际的物光分布不一定是正弦分布8光学信息处理定义利用光学频谱分析，利用傅立叶综合技术，通过空域、频域调制，借助空间滤波技术对光学信息进行处理的过程。特点：高速、并行、大容量9x2x2x1x2x210二、光学信息处理的研究内容与分类研究内容它主要研究如何对各种光学信息进行综合性的处理，例如：各种光学运算加、减、乘、除、相关、卷积、微分、矩阵相乘、逻辑运算等；光学信息的抽取、编码、解码、存储、再现、传输、滤波、增强、去模糊、特征识别等；各种光学变换光学傅立叶变换、光学对数变换、光学梅林变换、光学拉普拉斯变换等。11光学信息处理的分类光源相干光学处理非相干光学处理系统的输入输出关系线性与非线性空间变与空间不变12三、光学信息处理的发展历程早期发展近代发展20世纪80年代以后131.早期发展(1)起源1873年德国科学家阿贝二次成像理论与几何光学成像传统理论不同相干光照明下，显微镜成像分成两步：第一次衍射像：光物镜后焦面夫琅禾费衍射第二次衍射像：衍射像发出的次波在像面上干涉成像141.早期发展(2)阿贝－波特实验1875，1906用相干单色平行光照射正交光栅以后在空间滤波中详细介绍光物平面像平面频谱面15物平面像平面频谱面161.早期发展(3)1935年，泽尼克（Zernike）发明了相衬显微镜将相位分布的变化转换为强度分布，就是把空间位相调制的信息变换为空间强度(或振幅)调制的信息成功地直接观察到微小的相位变化——细菌1953年获得NobelPrize172.近代发展1948年，全息术的发明英国丹尼斯.伽柏提出的现代全息照相术的前身——波阵面再现原理，1971年诺贝尔物理学奖。全息：记录物体的光强和相位1955年，光学传递函数概念的建立1960年，新型的强相干光源——激光的诞生近代光学史上的三件大事1963年，范德拉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阶段20世纪70年代光纤通信就是依据这方面理论的重要成就，它为信息传输和处理提供了崭新的技术。183.20世纪80年代以后发展（1）1982年霍普菲尔德(Hopfield)研制成功第一个神经网络的物理模型，并在光学模拟系统中得以实现。1990年1月，贝尔实验室研制成功第一台数字化光处理器，光开关的速度已达到每秒10亿次，它是实现光计算机目标的征途上迈出的重要一步193.20世纪80年代以后发展（2）光电混合系统光学处理的并行、高速、空间带宽积大等长处与电子计算机数字处理的灵活性、高精度相结合；光学处理技术与光纤通信系统相结合提高了光纤通信系统的性能。如啁啾光栅全息元件对光纤传输系统进行色散补偿；神经网络学和现代光学技术的相互结合和渗透光学神经网络及其在光信息的各种带有智能性的并行处理；光计算、光通信技术及相关光器件进一步研究；新型的记录介质不断发展20PhotonicIntegratedCircuit2D3D“Buildings”Thered"roads"1DThegreen"forests"

ringresonators图片选自/photons

21四、光学信息处理应用全息空间滤波光学特征识别空间光调制器综合孔径雷达技术-美国制作卫片，能看到细节白光信息处理光计算光学神经网络光学互连光折变信息处理……221、全息全息显示利用全息能够重现物体三维图像全息干涉计量全息无损探伤（1965）、研究瞬变过程（枪弹飞行等）全息光学元件全息光栅全息透镜波前变换元件，分色元件全息信息存储高密度、大容量、多重记录、立体存储、与计算机联机实现图文原件的自动检索一张1cm2的厚乳胶干板上，通过变换记录角度把上百页的资料全部记录在同一全息底片上。全息显微术2324数字全息的制作25Making&ShowingComputerMovieClipsontheScreenCameraworkmadefrom1997LakeForestExhibition全息电影26光学全息的未来27利用全息掩模板制作光纤光栅OpticalfibrePhasemaskm=+1m=-1UVlaserInterferencepatternG-10+1UV28激光体全息存储(Volumeholographicstorage)：铌酸锂晶体29激光散斑激光自散射体的表面漫反射或通过一个透明散射体（例如毛玻璃）时，在散射表面或附近的光场中可以观察到一种无规分布的亮暗斑点，称为激光散斑（LaserSpeckles）或斑纹

302、空间滤波航空摄影组合相片接缝滤波滤波前滤波器滤波后313、光学特征识别对罪犯指纹的识别文献资料中所含某字或某字母的识别信息锁对钥匙的识别智能机器人对于所遇对象（人或物）识别智能武器对攻击目标的识别等等优点：精确识别，保密性好32指纹和文字的识别33二维条码二维条码卡一维条码条码技术34手持二用激光扫描器手持激光扫描器读取设备：向激光、CCD发展条码技术35汽车牌照光电混合联合变换识别36白光信息处理假彩色编码人眼对黑白照片的灰度分辨15－20等级，颜色达几百种利用光学信息处理手段，将灰度等级的变化，转换为颜色的变化，提高识别能力80年代，假彩色编码用于早期癌症诊断用假彩色编码对肺部X光透视片（黑白）调查草场退化情况地形地貌分析37五、本课程内容的重点傅立叶光学的基础经典光学信息处理非相干光学信息处理相干光学光学