信息光学复习提纲
信息光学的特点
Ch1、线性系统分析
1.矩形函数:①定义②图像③作用④傅里叶变换谱函数
2.sinc函数:①定义②图像③作用④傅里叶变换谱函数
3.三角函数:①定义②图像③作用④傅里叶变换谱函数
4.符号函数:①定义②图像③作用④傅里叶变换谱函数
5.阶跃函数:①定义②图像③作用④傅里叶变换谱函数
6.余弦函数:①定义②图像③作用④傅里叶变换谱函数
7. 函数:①三种定义②四大性质③作用
8.梳状函数:①定义②图像③作用④傅里叶变换谱函数
9.高斯函数:①定义②图像③作用④傅里叶变换谱函数
10.傅里叶变换(常用傅里叶变换对)
11.卷积:四大步骤,两大效应
12.互相关、自相关的定义、物理意义
13.傅里叶变换的基本性质与有关定理
14.线性系统理论
15.线性不变系统的输入输出关系,脉冲响应函数,传递函数
16.抽样定理求抽样间隔
Ch2、标量衍射理论
1、标量衍射理论成立的两大条件
2、平面波及球面波表达式:
exp[(cos cos cos )]A ik x y z αβγ++
(求平面波的空间频率)
)](2exp[]exp[22y x z ik ikz z A + 3、惠更斯——菲涅耳原理:
()⎰⎰∑=ds r
ikr K P U c Q U )exp()()(0θ 4、基尔霍夫衍射理论:
⎰⎰∑-=ds r
ikr r n r n r ikr a j Q U )exp(]2),cos(2),cos([)exp(1
)(0000ϖϖϖϖλ 令()()θλK r ikr j Q P h )exp(1,=所以()⎰⎰∑
=ds Q P h P U Q U ,)()(0
当光源足够远,且入射光在孔径平面上各点的入射角都不大
时,(),1,cos 0≈r n ρρΘ(),1,cos ≈r n ρρ().1≈∴θK
故()z
ikr j Q P h )exp(1,λ=,]})()[(211{20020z y y z x x z r -+-+≈ 5、 菲涅耳衍射——近场衍射:
0000202000022)](2exp[)](2exp[),()](2exp[)exp(),(dy dx yy xx z
j y x z jk y x U y x z jk z j jkz y x U +-++=⎰⎰∞
∞-λπλ6、 夫琅禾费衍射——远场衍射:(根据屏函数求衍射光强分布)
000000022)](2exp[),()](2exp[)exp(),(dy dx yy xx z
j y x U y x z jk z j jkz y x U +-+=⎰⎰∞
∞-λπλ 7、衍射的角谱理论:(角谱的传播,求角谱分布)
Ch 、3 光学成像系统的频率特性
1、透镜的傅里叶变换性质:
①相位变换作用:)](2exp[),(),(22y x f
jk y x p y x t +-
=(二次位相因子) ②透镜的傅里叶变换特性: (满足条件？什么情况下实现准确傅立叶变换)
a. 物在透镜前b 、物在透镜后
2、 衍射受限系统的点扩散函数:
⎰⎰∞∞
--+--=
--y d x d y y y x x x j y d x d P d K y y x x h i i i i i
i i ~~]}~)~(~)~[(2exp{)~,~()~,~(002200πλλλ 光瞳相对于i d λ足够大时,理想情况:点物成点像
)~,~()~,~(22o i o i i o i o i y y x x d K y y x x h --≅--δλ
3、 相干照明下衍射受限系统的成像规律:
),(),(~),(i i g i i i i i y x U y x h y x U *=
其中,)]~,~([),(~y d x d P F y x h i i i i λλ=,),(1),(0M
y M x U M y x U i i i i g = 4、衍射受限系统的相干传递函数(CTF):
()()ηλξληξi i d d P H ,,=(坐标轴反演)
5、 截止频率:
圆形光瞳:o
c oc i c
d D M d D λρρλρ2,2=== 正方形光瞳:
不同方向的截止频率不同,45度时最大)22max i
c d a λρ=
6、 衍射受限系统的非相干传递函数(OTF)
7、 OTF 与CTF 的关系
Ch 、4 光学全息
1、 普通照相与全息照相的比较
2、 全息照相的核心:波前记录与再现
①方法:干涉法(标准方法,即将空间相位调制→空间强度调制) ②特点:全息图实际上就就是一幅干涉图
③全息图的分类:
a 。
物、参位置:同轴全息+离轴全息
b 。
物、图位置:菲涅耳全息图+像面全息图+傅里叶变换全息图
c 。
介质厚度:平面全息图+体积全息图
d 。
……&……
e 。
……&……
3、 全息再现基本公式:
()()C r O C r O C i i i b ORCe
ORCe Ce O t δδδδδδδβ---+-++'+)(2 0级(背景光) -1级(实像) +1级(虚像)
4、 菲涅耳全息图
像位置坐标:
1
12121-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛±=o r p i z z z z λλλλμ p p
i r r i o o i i x z z x z z x z z x +±=1212λλλλμ p p i r r i o o i i y z z y z z y z z y +±=1212λλλλμ
横向放大率:1
120121--====
p o r o i o i o i z z z z z z dy dy dx dx M λλλλμ
纵向放大率:221M dz dz M o i z λλ== 5、 傅里叶变换全息图
①定义 ②特点 ③照明与再现的两种方式,相互就是独立的
6、 计算全息图
计算全息的制作与再现过程
(1) 抽样;(2) 计算;(3)编码;(4) 成图;(5) 再现。
Ch 、８ 空间滤波
1、 阿贝成像理论及其意义
第1步:物体(P1)经L 在透镜后焦面P2成各级衍射斑(频谱) 第2步:各级衍射斑在P3面相互干涉成像
2、 空间滤波的傅里叶分析方法:
透镜作频谱分析器;空间滤波器改变物体光的频谱
3、 空间滤波系统:典型的4f 系统
4、 空间滤波器:位于空间频谱平面上的一种模片,它改变输入信息的空间频谱,从而实现对输入信息的某种变换。
分类:①二元振幅滤波器、
②振幅滤波器
③相位滤波器
④复数滤波器
二元振幅滤波器亦可分为:
a低通滤波器。
b高通滤波器。
c带通滤波器。
d方向滤波器。
5、空间滤波应用
①策尼克相衬显微镜(原理)
Ch、9 相干光学信息处理
1、光学信息处理的分类:
(1)从物像关系或者输入与输出的关系来说
①线性处理与非线性处理,②空间不变与空间变处理
(2)从所使用光源的空间与时间相干性来说
①相干光处理,②非相干光处理, ③白光光学处理(各自优
缺点相干处理与非相干处理的优缺点
优点:相干处理具有物理上的频谱平面,可以实现傅里叶变换,大大增加了处理的灵活性。
复振幅有正负之分,可完成:加、减、乘、除、微分与卷积等多种运算,特别就是利用傅里叶变换性质,进行频域综合实现空间滤波。
缺点:相干噪声与散斑噪声。
对光源提出要求。
只能处理单色图像,对彩色图像的处理几乎无能为力
2、光学信息处理内容:
①光学图像识别②图像相加相减③多重像产生
④图像边缘增强(微分) ⑤图像消模糊
3、图像相减作用:
用于检测两张近似图像之间的差异,使我们能研究事物的变化
方法:光栅编码(空域编码频域解码相减方法)与光栅衍射
4、匹配滤波器:
①所谓“匹配”,实质上就是在频域对输入信号频谱的相位进行补偿,形成平面相位分布。
②匹配空间滤波器在光学特征识别中起重量作用
③匹配滤波器就是复数滤波器,可用光学全息或计算全息的方法制作
5、图像识别:
采用匹配滤波进行相关检测就是图像识别的一种重要手段
联合变换相关识别、
6、图像微分(原理及过程)
7、图像消除模糊(逆滤波器)
8.白光信息处理:θ调制技术的原理
第六章空间光调制器
１．空间光调制器的基本结构与分类
按读出方式分类: 反射式、透射式
按信号输入分类: 电寻址、光寻址
２.液晶的分类各种类型液晶的特点。