《光学信息处理》课程教学大纲

《光学信息处理》教学大纲课程名称：光学信息处理英文名称：OpticalInformationProcessing课程编号：D098091802学分：3总学时/课内实践学时：48课程性质：专业方向与拓展开课单位：数理科学与工程学院物理系适应对象：光电信息科学与工程专业一、课程简介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,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，透镜的傅里叶变换效应是光学信息处理的理论核心。光学信息处理技术具有高度并行性和大容量的特点，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。本课程是光电信息科学与技术专业专业方向与拓展课程，课程主要内容包括:傅里叶光学基础、相干、非相干光学信息处理系统、光学图像识别、小波变换等。通过在每章讲解国内光学信息处理的发展现状，引导学生建立正确的、世界观、人生观、价值观。本课程为考查课，采用期末测试以及平时成绩对学生进行考核。二、课程目标1.具有良好的人文素养、健全的人格、高尚的职业道德和强烈的社会责任感；2.系统地了解傅里叶分析在光学信息处理中的使用，掌握基本的光学信息处理方法。3.使学生获得利用光学信息处理系统对图像识别、光学实现的能力。具备基本的处理问题的能力，提高实际应用能力，为独立解决科学研究中的实际问题打下必要的物理基础。三、课程目标与毕业要求对应关系本课程的课程目标对光电信息科学与工程专业毕业要求指标点的支撑情况如表1所示：表1课程目标与毕业要求对应关系毕业要求指标点课程目标毕业要求1：知识要求2毕业要求2：能力要求3毕业要求3：素质要求1三、课程教学安排课程共有9项教学内容，具体安排如下。表2：课程教学安排表序号教学内容思政元素课堂教学学时实验/实践教学学时学时小计1傅里叶光学基础职业教育和爱国教育6172经典光学信息处理科学精神培养8193非相干光学信息处理科学精神培养6174光学图像识别科学精神培养6175广义傅里叶变换及其光学实现科学精神培养6176光学小波变换科学精神培养447空间光调制器科学精神培养338神经网络科学精神培养229光折变介质信息处理科学精神培养22合计43548教学安排1．傅里叶光学基础教学要求：了解傅里叶分析的基本方法；掌握平面波角谱和角谱的衍射以及透镜系统的傅里叶变换性质教学内容：二维傅里叶分析；空间带宽积和测不准关系；平面波的角谱和角谱的衍射；透镜系统的傅里叶变换性质。重点难点：平面波角谱的衍射，透镜系统的傅里叶变换性质。2．经典光学信息处理教学要求：了解傅里叶处理器、空间滤波概念；了解照相图像的复原方法；掌握全息术基本原理、相关和卷积的基本概念；了解傅里叶变换全息图的记录。教学内容：傅里叶处理器；空间滤波；照相图像的复原；全息术；傅里叶变换全息图；相关和卷积。重点难点：相关和卷积，空间滤波，全息术3．非相干光学信息处理教学要求：了解非相干像的形成和MTF的测量；掌握非相干空间滤波方法和傅里叶变换光谱仪原理。教学内容：杨氏干涉仪和空间相干性；非相干像的形成；MTF的测量；迈克尔逊干涉仪和时间相干性；傅里叶变换光谱仪；投影显示的消像素技术；计算层析技术。重点难点：空间和时间相干性，非相干空间滤波，傅里叶变换光谱仪。4．光学图像识别教学要求：理解光学相关器和非相干识别器的含义；掌握VanderLugt相关器和实时联合变换相关器；了解旋转不变VanderLugt相关器、比例不变VanderLugt相关器和旋转不变。教学内容：光学相关器；非相干识别器；VanderLugt相关器；实时VanderLugt相关器；旋转不变VanderLugt相关器；比例不变VanderLugt相关器；实时联合变换相关器；旋转不变。重点难点：光学相关器，VanderLugt相关器，联合变换相关器。5．广义傅里叶变换及其光学实现教学要求：掌握广义傅里叶变换及其光学实现；理解用透镜实现广义傅里叶变换的基本光学单元；了解用自聚焦笑影光波导实现广义傅里叶变换。教学内容：广义傅里叶变换的定义和性质；用透镜实现广义傅里叶变换的基本光学单元；基本光学单元的组合；用自聚焦笑影光波导实现广义傅里叶变换。重点难点：广义傅里叶变换的定义性质和光学实现。6．光学小波变换教学要求：掌握小波变换的定义和性质及光学实现系统；了解光学小波变换匹配滤波器在图像识别中的应用及光学Harr小波变换和图像边缘探测。教学内容：小波变换的定义和性质；实现一维小波变换的光学系统；用多通道匹配滤波实现二维小波变换；4.光学小波变换匹配滤波器在图像识别中的应用；光学Harr小波变换和图像边缘探测。重点难点：小波变换的定义、性质和光学实现。7．空间光调制器教学要求：理解空间光调制器的定义；理解液晶的扭曲效应及薄膜晶体管驱动液晶显示器及液晶光阀的工作原理；掌握线性电光效应；了解PROM器件和数字微反射镜器件数字化投影的原理。教学内容：磁光空间光调制器；液晶的扭曲效应及薄膜晶体管驱动液晶显示器；大屏幕投影电视、液晶光阀；线性电光效应和PROM器件；数字微反射镜器件数字化投影。重点难点：空间光调制器的定义，液晶显示器、液晶光阀的工作原理，线性电光效应。8．光学神经网络教学要求：了解神经网络的结构、建立及光学互连神经网络的实现。教学内容：引言；神经网络的建立；光学互连神经网络的学习。重点难点：神经网络结构，光学神经网络实现。9．光折变介质信息处理教学要求：理解相位共轭概念及光折变相位共轭器的原理；了解光折变二波耦合和四波混频及自泵谱、互泵谱相位共轭效应；了解相位共轭在联合傅里叶变换相关识别中的应用；了解光折变非线性联合变换相关器及其应用。教学内容：相位共轭；光折变相位共轭器；光折变二波耦合和四波混频；自泵谱、互泵谱相位共轭效应；相位共轭在联合傅里叶变换相关识别中的应用；光折变非线性联合变换相关器。重点难点：光折变相位共轭及其应用；相位共轭在联合傅里叶变换相关识别中的应用。五、课内实践教学内容及要求无六、课程考核与评价表4：成绩评定方式表考核环节分值考核/评价细则平时作业5根据全部作业的得分再按5%计入总成绩平时考勤5根据学生出勤情况按5%计入总成绩期中测试10主要考核傅里叶光学基础、相干和非相干光学信息处理系统；开卷考试，以卷面成绩的10%计入课程总成绩期末考试80考核光学信