非相干光学信息处理.ppt

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1、非相干光学信息处理非相干光学信息处理 采采用用相相干干光光源源可可以以使使光光学学系系统统实实现现许许多多复复杂杂的的光光学学图图像像的的处处理理，但但相相干干光光对对于于系系统统中中光光学学元元件件的的缺缺陷陷、尘尘埃埃、污污迹迹等等都都极极其其敏敏感感,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非相相干干光光源源照照明明中中各各点点的的光光振振动动之之间间没没有有固固定定的的位位相相差差，它它们们是是统统计计无无关关的的，因因而而该该系系统统对对复复振振幅幅不不是是线线性性的的，只只对对强强度度是是线线性性的的

2、大大多多数数非非相相干干处处理理系系统统都都是是根根据据几几何何光光学学原原理理设设计计的的，因因而而操操作作较为简便较为简便,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1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是是均均匀匀非非相相干干光光源源,经经透透镜镜L成成放放大大象象于于(x,y)平平面面上上,使使该该平平面面得得到到均均匀匀照照明。将两张透明片紧贴，在平面后便可得到两者乘积明。将两张透明片紧贴，在平面后便可得到两者乘积

3、 I(x,y)=k 1(x，y)2(x，y)透透镜镜L2的的作作用用是是将将(x，y)平平面面上上的的图图像像成成一一缩缩小小象象投投射射在在小小的的光光电电探探测器测器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 2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如果果要要适适时时更更换换透透明明片片，则则上上图图所所示示的的系系统统更更为为方方便便。L2可可以以将将（x1，y1）平面以放大率平面以放大率M=

4、1成像于（成像于（x2，y2）平面上平面上应应该该说说明明的的是是，置置于于（x1，y1）上上的的透透明明片片应应该该倒倒置置，形形成成 1(-x1，-y1)，原原因因是是L2成成像像后后将将使使之之坐坐标标反反转转。D上上产产生生的的光光电电流流值值仍仍由由同同样样的方程给出。的方程给出。3图像的相关和卷积（图像的相关和卷积（1 1）实实现现图图像像相相关关运运算算可可有有两两种种方方法法，一一种种仍仍采采用用上上图图所所示示系系统统，1仍仍然然反反置置。令令 1在在x1方方向向上上位位移移x0，在在y1方方向向上上位位移移y0，则则D的的光光电电流流输输出出将将正比于正比于一一个个实实函函

5、数数的的共共轭轭函函数数与与其其本本身身是是相相同同的的，用用1*代代替替1,上上式式可可看看成成是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。若若使使 1 沿沿x方方向向以以速速度度v1匀匀速速移移动动，则则光光电电探探测测器器将将得得到到两两者者在在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若在在x方方向向每每扫扫描描一一次次，图图形形就就向向上上移移动动y1的的距距离离，则则得得到到光光电电流流的的一一维维阵阵列列Im(vt)，这这是是一一个个完完整整的的二二维维相相关关运运算算，当当然然它它在在方方

6、向向是是抽抽样的样的 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 4图像的相关和卷积（图像的相关和卷积（2 2）另另一一种种方方法法无无运运动动，光光源源S置置于于L1前前焦焦面面上上。1（x，y）倒倒置置紧紧贴贴1后后，在在相相距距处处放放置置 2（x，y），透透镜镜 L2 紧紧贴贴其其后后，在在L2后后焦焦面面上上测量强度分布，可得到卷积运算测量强度分布，可得到卷积运算S面面上上点点（-x，-y）发发出出的的光光，经经L1后后成成为为平平行行光光透透过过 1照照明明 2，照照明明光光强强度度分分布布正正比比于于 1-x+(d/f)x,-y

7、+(d/f)y。经经 2后后由由L2聚聚焦焦到到焦焦平平面面（x，y）上上。位位于于（x，y）的的探探测测器器测测得得的的强强度为度为 5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，图像相减等运算当当采采用用白白光光作作照照明明光光源源时时，又又极极大大地地拓拓宽宽了了非非相相干干处处理理技技术术的的应应用用范范围，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以几几何何光光学学为为基基础础的的非非相相干干处处理理系系统统只只能能处处理理光光的的强强度度分分布布，即即只只

8、能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由于于系系统统完完全全是是根根据据几几何何光光学学原原理理设设计计的的，对对于于细细节节过过于于丰丰富富的的图图像像，由由于于衍衍射射效效应应其其内内含含的的高高频频信信息息往往往往会会丢丢失失，使使得得输输出出结结果果引引入入较较大大的偏差的偏差以以几几何何光光学学为为基基础础的的非非相相干干光光学学处处理理系系统统只只能能在在保保证证几几何何光光学学定定理理成成立的条件下才能使用立的条件下才能使用 。6例例 题题 在在用用一一维维正正弦弦光光栅栅实实现现两两个个图图象象相相加加或或相相减减的的

9、相相干干处处理理系系统统中中，设设图图象象A、B置置于于输输入入平平面面P1原原点点两两侧侧，其其振振幅幅透透过过率率分分别别为为：tA（x1-l，y1）和和 tB（x1+l，y1）；P2平平面面上上光光栅栅的的空空间间频频率率为为f0，它它与与l的的关关系系为为：f0=l/f，其其中中和和f 分分别别表表示示入入射射光光的的波波长长和和透透镜镜的的焦焦距距；又又设设坐坐标标原原点点处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。7例题答案例题答案 证明：证明：1）输入函数的频谱为）输入函数的频谱为透过光栅得到透过光栅得到8例题答案续例题答案续 在输出面上得到在输出面上得到9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10