非相干光学信息处理ppt课件.ppt

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1、非相干光学信息处理非相干光学信息处理 采用相干光源可以使光学系统实现许多复杂的光学图像的处理，采用相干光源可以使光学系统实现许多复杂的光学图像的处理，但相干光对于系统中光学元件的缺陷、尘埃、污迹等都极其敏但相干光对于系统中光学元件的缺陷、尘埃、污迹等都极其敏感感, ,降低了它的处理能力降低了它的处理能力非相干光源照明，可以大大抑制相干噪声的产生非相干光源照明，可以大大抑制相干噪声的产生非相干光源照明中各点的光振动之间没有固定的位相差，它们非相干光源照明中各点的光振动之间没有固定的位相差，它们是统计无关的，因而该系统对复振幅不是线性的，只对强度是是统计无关的，因而该系统对复振幅不是线性的，只对强

2、度是线性的线性的大多数非相干处理系统都是根据几何光学原理设计的，因而操大多数非相干处理系统都是根据几何光学原理设计的，因而操作较为简便作较为简便, ,用非相干处理系统也可进行图像的多种运算和处理用非相干处理系统也可进行图像的多种运算和处理图像的相乘和积分图像的相乘和积分(1)(1) 用下图所示的系统可以很容易地实现两个图像的相乘和卷积运算。用下图所示的系统可以很容易地实现两个图像的相乘和卷积运算。S是均匀非相干光源是均匀非相干光源, 经透镜经透镜L成放大象于成放大象于(x,y)平面上平面上,使该平面得到均匀使该平面得到均匀照明。将两张透明片紧贴，在平面后便可得到两者乘积照明。将两张透明片紧贴，

3、在平面后便可得到两者乘积 I (x, y) = k 1(x，y) 2 (x，y) 透镜透镜L2的作用是将的作用是将 (x，y) 平面上的图像成一缩小象投射在小的光电探平面上的图像成一缩小象投射在小的光电探测器测器D上，这时光电流上，这时光电流的数值则正比于下式的数值则正比于下式 光电探测器上得到的便是两个图像的积分光电探测器上得到的便是两个图像的积分 dxdyyxyxkI),(),(21图像的相乘和积分图像的相乘和积分(2)(2)下图是另一种实现两个图像的相乘和卷积运算的系统下图是另一种实现两个图像的相乘和卷积运算的系统如果要适时更换透明片，则上图所示的系统更为方便。如果要适时更换透明片，则上

4、图所示的系统更为方便。L2可以将（可以将（x1，y1）平面以放大率平面以放大率M=1成像于（成像于（x2，y2）平面上平面上应该说明的是，置于（应该说明的是，置于（x1，y1）上的透明片应该倒置，形成上的透明片应该倒置，形成 1 (-x1，-y1)，原因是原因是L2成像后将使之坐标反转。成像后将使之坐标反转。D上产生的光电流值仍由同样上产生的光电流值仍由同样的方程给出。的方程给出。图像的相关和卷积（图像的相关和卷积（1 1） 实现图像相关运算可有两种方法，一种仍采用上图实现图像相关运算可有两种方法，一种仍采用上图所所示系统，示系统， 1仍然仍然反置。令反置。令 1在在x1方向上位移方向上位移x

5、0，在在y1方向上位移方向上位移y0，则则D的光电流输出的光电流输出将正比于将正比于一个实函数的共轭函数与其本身是相同的，用一个实函数的共轭函数与其本身是相同的，用1*代替代替1 ,上上式可看成是式可看成是两者之间的相关运算，即两者之间的相关运算，即 1 2 在（在（x0，y0）点的值。点的值。若使若使 1 沿沿x方向以速度方向以速度v1匀速移动，则光电探测器将得到两者在匀速移动，则光电探测器将得到两者在y = y0处的一维相关运算。它是一个时间的函数处的一维相关运算。它是一个时间的函数若在若在x方向每扫描一次，图形就向上移动方向每扫描一次，图形就向上移动y1的距离，则得到光电流的的距离，则得

6、到光电流的一维阵列一维阵列Im(vt)，这是一个完整的二维相关运算，当然它在方向是抽这是一个完整的二维相关运算，当然它在方向是抽样的样的 卷积运算的实现只需把（卷积运算的实现只需把（x1，y1）平面上的平面上的1置于正方向置于正方向 dxdyyxyyxxkIo),(),(201dxdyyxyyvtxkvtImm),(),()(21图像的相关和卷积（图像的相关和卷积（2 2）另一种方法无运动，光源另一种方法无运动，光源S置于置于L1前焦面上。前焦面上。1（x，y）倒置紧贴倒置紧贴1后，在相距后，在相距处放置处放置 2（x，y），），透镜透镜 L2 紧贴其后，在紧贴其后，在L2后焦面上后焦面上测量

7、强度分布，可得到卷积运算测量强度分布，可得到卷积运算S面上点（面上点（- x，- y）发出的光，经）发出的光，经L1后成为平行光透过后成为平行光透过 1照明照明 2 ，照明光强度分布正比于照明光强度分布正比于 1-x+( d/f )x, -y+( d/f )y。 经经 2后由后由L2聚聚焦到焦平面（焦到焦平面（x，y）上。位于（）上。位于（x， y）的探测器测得的强度）的探测器测得的强度为为 1212(,)( , )sssddIkxxyyx y dxdyff非相干处理系统的特点非相干处理系统的特点 非相光学信息处理技术还可以用于图像消模糊，图像相减等运算非相光学信息处理技术还可以用于图像消模糊

8、，图像相减等运算当采用白光作照明光源时，又极大地拓宽了非相干处理技术的应用范当采用白光作照明光源时，又极大地拓宽了非相干处理技术的应用范围，下一节将集中讲述白光信息处理的内容围，下一节将集中讲述白光信息处理的内容以几何光学为基础的非相干处理系统只能处理光的强度分布，即只能以几何光学为基础的非相干处理系统只能处理光的强度分布，即只能处理非负的实函数，在有些应用中会受到很大的限制处理非负的实函数，在有些应用中会受到很大的限制由于系统完全是根据几何光学原理设计的，对于细节过于丰富的图像，由于系统完全是根据几何光学原理设计的，对于细节过于丰富的图像，由于衍射效应其内含的高频信息往往会丢失，使得输出结果

9、引入较大由于衍射效应其内含的高频信息往往会丢失，使得输出结果引入较大的偏差的偏差以几何光学为基础的非相干光学处理系统只能在保证几何光学定理成以几何光学为基础的非相干光学处理系统只能在保证几何光学定理成立的条件下才能使用立的条件下才能使用 。例例 题题 在用一维正弦光栅实现两个图象相加或相减的相干处理系统中，设图象在用一维正弦光栅实现两个图象相加或相减的相干处理系统中，设图象A、B置于输入平面置于输入平面P1原点两侧，其振幅透过率分别为：原点两侧，其振幅透过率分别为：tA（x1- l，y1）和和 tB（x1+ l，y1）；）；P2平面上光栅的空间频率为平面上光栅的空间频率为f0，它与它与l的关系

10、为：的关系为：f0 = l /f，其中其中和和f 分别表示入射光的波长和透镜的焦距；又设坐标原点处分别表示入射光的波长和透镜的焦距；又设坐标原点处于光栅周期的于光栅周期的1/4处，光栅的振幅透过率表示为：处，光栅的振幅透过率表示为： 试从数学上证明：试从数学上证明： 1）在输出平面的原点位置得到图象）在输出平面的原点位置得到图象A、B的相减运算；的相减运算； 2）当光栅原点与坐标原点重合时，在输出平面得到它们的相加运算。）当光栅原点与坐标原点重合时，在输出平面得到它们的相加运算。2202021(,)1exp(2)exp(2)222G xyjf xjf x例题答案例题答案 证明：证明： 1）输入

11、函数的频谱为）输入函数的频谱为透过光栅得到透过光栅得到xyxAlfjffTT2exp,xyxBlfjffTT2exp,0202,exp2,exp211exp(2)exp(2)222xyxyxxyxTffTffjlfTffjlfjf xjf x 例题答案续例题答案续 在输出面上得到在输出面上得到222222222222222222222222222222222222,2,221,21,21,221,2,21,21,21,21,21,ylxtylxtjylxtylxtyxtyxtjyxtylxtjylxtyxtjylxtylxtylxjylxjyxylxtylxtffTFyxtBABABABABA

12、BABAyx例题答案例题答案 2）当光栅原点与坐标原点重合时，在输出平面得到它们的相加运算）当光栅原点与坐标原点重合时，在输出平面得到它们的相加运算透过光栅得到透过光栅得到在输出面上得到在输出面上得到)2(exp)2(exp1212exp,2exp,2020 xfjxfjlfjffTlfjffTffTxyxxyxyx222222222222222222222222222222222222,2,2,2,2,21,21,21,ylxtylxtyxtyxtylxtylxtyxtylxtylxtyxtylxtylxtylxylxyxylxtylxtffTFyxtBABABABABABABAyx)2(exp)2(exp121),(202022xfjxfjyxG