近代光信息处理-第2章课件.ppt

第第1 1节节第第2 2节节第第3 3节节第第4 4节节第第5 5节节第第6 6节节目目 录录第第7 7节节第第8 8节节第第9 9节节第第1010节节第第2 2章章第二章第二章 经典光学信息处理经典光学信息处理2 21 1 引言引言引言引言 2 22 2 早期发展早期发展早期发展早期发展 2 23 3 傅里叶处理器傅里叶处理器傅里叶处理器傅里叶处理器 2 24 4 线性系统与卷积线性系统与卷积线性系统与卷积线性系统与卷积 2 25 5 空间滤波空间滤波空间滤波空间滤波2 26 6 照相图像的恢复照相图像的恢复照相图像的恢复照相图像的恢复2 27 7 全息术全息术全息术全息术2 28 8 傅里叶变换全息图傅里叶变换全息图傅里叶变换全息图傅里叶变换全息图2 29 9 相关和卷积相关和卷积相关和卷积相关和卷积2 210 10 结论结论结论结论6/23/20221光学信息处理光学信息处理光学信息处理光学信息处理第第1 1节节第第2 2节节第第3 3节节第第4 4节节第第5 5节节第第6 6节节目目 录录第第7 7节节第第8 8节节第第9 9节节第第1010节节第第2 2章章2.1 引引 言言信息信息信息信息：客观事物的运动状态的表征和描述。

客观事物的运动状态的表征和描述客观事物的运动状态的表征和描述客观事物的运动状态的表征和描述 能能能能量量量量从从从从能能能能量量量量源源源源传传传传递递递递到到到到探探探探测测测测器器器器，在在在在能能能能量量量量传传传传递递递递过过过过程程程程中中中中伴伴伴伴随随随随着着着着信信信信息息息息的的的的传传传传递递递递，就就就就形形形形成成成成信信信信号号号号探探探探测测测测到的能量中所包含的不需要的信息则称为到的能量中所包含的不需要的信息则称为到的能量中所包含的不需要的信息则称为到的能量中所包含的不需要的信息则称为噪声噪声噪声噪声光光光光学学学学信信信信息息息息：指指指指光光光光的的的的强强强强度度度度( (或或或或振振振振幅幅幅幅) )、相相相相位位位位、颜颜颜颜色色色色( (波波波波长长长长) )和和和和偏偏偏偏振振振振态态态态等等等等 本本本本课课课课程程程程光光光光学学学学信信信信息息息息特特特特指指指指光光光光强强强强分分分分布布布布所所所所形形形形成成成成的的的的图图图图像像像像，它它它它可可可可以以以以是是是是日日日日常常常常生生生生活活活活中中中中自自自自然然然然图像，也可以是人造的或人工模拟的图像。

图像，也可以是人造的或人工模拟的图像图像，也可以是人造的或人工模拟的图像图像，也可以是人造的或人工模拟的图像光光光光学学学学信信信信息息息息处处处处理理理理：指指指指的的的的是是是是光光光光学学学学图图图图像像像像的的的的产产产产生生生生、传传传传递递递递、探探探探测测测测和和和和处处处处理理理理所所所所需需需需要要要要的的的的图图图图像像像像称称称称为为为为信信信信号号号号，在在在在处处处处理理理理过程中伴生的不需要的图像称过程中伴生的不需要的图像称过程中伴生的不需要的图像称过程中伴生的不需要的图像称噪声噪声噪声噪声 本本本本章章章章介介介介绍绍绍绍经经经经典典典典的的的的光光光光学学学学信信信信息息息息处处处处理理理理，被被被被处处处处理理理理的的的的图形是真实物体的像图形是真实物体的像图形是真实物体的像图形是真实物体的像6/23/20222光学信息处理光学信息处理光学信息处理光学信息处理第第1 1节节第第2 2节节第第3 3节节第第4 4节节第第5 5节节第第6 6节节目目 录录第第7 7节节第第8 8节节第第9 9节节第第1010节节第第2 2章章18731873年年年年，德德德德国国国国科科科科学学学学家家家家阿阿阿阿贝贝贝贝(Abbe)(Abbe)创创创创建建建建了了了了二二二二次次次次成成成成像像像像理论理论理论理论，为光学信息处理打下了一定的理论基础，为光学信息处理打下了一定的理论基础，为光学信息处理打下了一定的理论基础，为光学信息处理打下了一定的理论基础19351935年年年年，物物物物理理理理学学学学家家家家策策策策尼尼尼尼克克克克(Zernike)(Zernike)发发发发明明明明了了了了相相相相衬衬衬衬显显显显微微微微镜镜镜镜，将将将将相相相相位位位位分分分分布布布布转转转转化化化化为为为为强强强强度度度度分分分分布布布布，成成成成功功功功地地地地直直直直接观察到微小的相位物体接观察到微小的相位物体接观察到微小的相位物体接观察到微小的相位物体细菌。

细菌19631963年年年年，范范范范德德德德拉拉拉拉格格格格特特特特(A.Vander (A.Vander Lugt)Lugt)提提提提出出出出了了了了复复复复数数数数空空空空间间间间滤滤滤滤波波波波的的的的概概概概念念念念，使使使使光光光光学学学学信信信信息息息息处处处处理理理理进进进进入入入入了了了了一一一一个个个个广泛应用的新阶段广泛应用的新阶段广泛应用的新阶段广泛应用的新阶段2020世世世世纪纪纪纪8080年年年年代代代代以以以以后后后后，随随随随着着着着关关关关键键键键器器器器件件件件空空空空间间间间调调调调制制制制器器器器的的的的日日日日益益益益完完完完善善善善，光光光光学学学学信信信信息息息息处处处处理理理理以以以以其其其其速速速速度度度度快快快快、抗抗抗抗干干干干扰扰扰扰能能能能力力力力强强强强、并并并并行行行行处处处处理理理理等等等等特特特特点点点点逐逐逐逐渐渐渐渐显显显显示示示示其其其其独独独独特特特特的优越性，成为当今最热门学科方向的优越性，成为当今最热门学科方向的优越性，成为当今最热门学科方向的优越性，成为当今最热门学科方向6/23/20223光学信息处理光学信息处理光学信息处理光学信息处理第第1 1节节第第2 2节节第第3 3节节第第4 4节节第第5 5节节第第6 6节节目目 录录第第7 7节节第第8 8节节第第9 9节节第第1010节节第第2 2章章2.2 早期发展早期发展1 1、阿贝、阿贝、阿贝、阿贝(Abbe)(Abbe)二次衍射成像理论二次衍射成像理论二次衍射成像理论二次衍射成像理论 认为相干照明下显微镜成像过程可分做两步：认为相干照明下显微镜成像过程可分做两步：认为相干照明下显微镜成像过程可分做两步：认为相干照明下显微镜成像过程可分做两步：物物物物面面面面上上上上发发发发出出出出的的的的光光光光波波波波经经经经物物物物镜镜镜镜，在在在在其其其其后后后后焦焦焦焦面面面面上上上上产产产产生生生生夫琅禾费衍射夫琅禾费衍射夫琅禾费衍射夫琅禾费衍射，得到，得到，得到，得到第一次衍射像第一次衍射像第一次衍射像第一次衍射像；衍衍衍衍射射射射像像像像作作作作为为为为新新新新的的的的相相相相干干干干波波波波源源源源，由由由由它它它它发发发发出出出出的的的的次次次次波波波波在在在在像面上干涉而构成像面上干涉而构成像面上干涉而构成像面上干涉而构成物体的像物体的像物体的像物体的像，称为，称为，称为，称为第二次衍射第二次衍射第二次衍射第二次衍射像。

像6/23/20224光学信息处理光学信息处理光学信息处理光学信息处理第第1 1节节第第2 2节节第第3 3节节第第4 4节节第第5 5节节第第6 6节节目目 录录第第7 7节节第第8 8节节第第9 9节节第第1010节节第第2 2章章阿贝研究结论：阿贝研究结论： 显显微微镜镜的的相相对对孔孔径径越越大大，系系统统的的通通频频带带越越宽宽，物物体体中中所所包包含含的的高高频频信信息息在在成成像像过过程程中中的的损损失失就就越越少少，像像的的质质量量就就越越高高相相对对孔孔径径越越小小，在在传传递递过过程程中中高高频频信信息息的的损损失失就就越越大大，像像的的失失真真或或畸畸变变就就越越严严重重，清晰度或分辨率越低清晰度或分辨率越低6/23/20225光学信息处理光学信息处理光学信息处理光学信息处理第第1 1节节第第2 2节节第第3 3节节第第4 4节节第第5 5节节第第6 6节节目目 录录第第7 7节节第第8 8节节第第9 9节节第第1010节节第第2 2章章2、阿贝、阿贝波特系列实验波特系列实验 阿贝于阿贝于阿贝于阿贝于18731873年、波特于年、波特于年、波特于年、波特于19061906年分别做了实验。

年分别做了实验年分别做了实验年分别做了实验部分实验内容及结果部分实验内容及结果部分实验内容及结果部分实验内容及结果: : 6/23/20226光学信息处理光学信息处理光学信息处理光学信息处理第第1 1节节第第2 2节节第第3 3节节第第4 4节节第第5 5节节第第6 6节节目目 录录第第7 7节节第第8 8节节第第9 9节节第第1010节节第第2 2章章部分实验内容及结果部分实验内容及结果部分实验内容及结果部分实验内容及结果: :6/23/20227光学信息处理光学信息处理光学信息处理光学信息处理第第1 1节节第第2 2节节第第3 3节节第第4 4节节第第5 5节节第第6 6节节目目 录录第第7 7节节第第8 8节节第第9 9节节第第1010节节第第2 2章章 由实验结果归纳出几点结论如下：由实验结果归纳出几点结论如下：1.实实验验充充分分证证明明了了阿阿贝贝成成像像理理论论的的正正确确性性：像像的的结结构构直直接接依依赖赖于于频频谱谱的的结结构构,只只要要改改变频谱的组分变频谱的组分,便能够改变像的结构；便能够改变像的结构；2. 实验充分证明了傅里叶分析的正确性：实验充分证明了傅里叶分析的正确性：(1)频频谱谱面面上上的的横横向向分分布布是是物物的的纵纵向向结结构构的的信信息息(图图B)；频频谱谱面面上上的的纵纵向向分分布布是是物物的的横向结构的信息横向结构的信息(图图C)；(2)零零频频分分量量是是一一个个直直流流分分量量，它它只只代代表表像像的本底的本底(图图D)；6/23/20228光学信息处理光学信息处理光学信息处理光学信息处理第第1 1节节第第2 2节节第第3 3节节第第4 4节节第第5 5节节第第6 6节节目目 录录第第7 7节节第第8 8节节第第9 9节节第第1010节节第第2 2章章 由实验结果归纳出几点结论如下：由实验结果归纳出几点结论如下：(3)阻阻挡挡零零频频分分量量，在在一一定定条条件件下下可可使使像像发发生衬度反转生衬度反转(图图E)；(4)仅仅允允许许低低频频分分量量通通过过时时，像像的的边边缘缘锐锐度度降降低低；仅仅允允许许高高频频分分量量通通过过时时，像像的的边边缘缘效应增强；效应增强；(5)采采用用选选择择型型滤滤波波器器，可可望望完完全全改改变变像像的的性质性质(图图F)。

6/23/20229光学信息处理光学信息处理光学信息处理光学信息处理第第1 1节节第第2 2节节第第3 3节节第第4 4节节第第5 5节节第第6 6节节目目 录录第第7 7节节第第8 8节节第第9 9节节第第1010节节第第2 2章章2.3 傅里叶处理器傅里叶处理器 19601960年年年年，CutronaCutrona等等等等明明明明确确确确提提提提出出出出用用用用透透透透镜镜镜镜进进进进行行行行傅傅傅傅里叶变换的方案里叶变换的方案里叶变换的方案里叶变换的方案略去相位因子略去相位因子略去相位因子略去相位因子 前焦面输入复振幅函数前焦面输入复振幅函数前焦面输入复振幅函数前焦面输入复振幅函数 f(x, y)f(x, y)，后焦面的复振幅函数就后焦面的复振幅函数就后焦面的复振幅函数就后焦面的复振幅函数就是是是是 f(x, y) f(x, y) 的傅里叶变换，记为的傅里叶变换，记为的傅里叶变换，记为的傅里叶变换，记为 F(F(u u，v v) )6/23/202210光学信息处理光学信息处理光学信息处理光学信息处理第第1 1节节第第2 2节节第第3 3节节第第4 4节节第第5 5节节第第6 6节节目目 录录第第7 7节节第第8 8节节第第9 9节节第第1。