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现代光学信息处理技术导论
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光信息处理发展历史：光学到底是一门什么样的学科
• 光学：有关光的产生、传输产生的变化、
人为操纵或改变 以及其他相关现象的科学 。 • 主要分支:
– geometrical optics（几何光学） – physical optics(All of the current developed science) – instrumental optics（or Optical Inst3-09
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丹尼斯· 盖博：全息术
• Awards
– – – – – – – – – – 1956 – Fellow of the Royal Society[1] 1964 – Honorary Member of the Hungarian Academy of Sciences 1964 – D.Sc., University of London 1967 – Young Medal and Prize, for distinguished research in the field of optics 1967 – Colombus Award of the International Institute for Communications, Genoa 1968 – The first Albert A. Michelson Medal from The Franklin Institute, Philadelphia[13] 1968 – Rumford Medal of the Royal Society 1970 – Honorary Doctorate, University of Southampton 1970 – Medal of Honor of the Institute of Electrical and Electronics Engineers 1970 – Commander of the Order of the British Empire (CBE)
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André Maréchal（法国）：通过像质评价研究认识到FT的重要性
• Robert Gaston André Maréchal： 1916.12.10 – 2007.10.14
– 1941年毕业于École normale supérieure , – 1943年获得SupOptique (École supérieure d‘optique) 的engineer's degree – 1948年获得University of Paris博士学位 ，博士论文主要研究同时考虑衍射同像差情 况下的综合成像效果，提出了后人称之为Maréchal criterion（当一个波前的RMS相 位差比其波长小14倍时，该光学系统可以认为是衍射受限系统）
人们对光学的认识不断深入，而光学在整个社会中的应用
也越来越广泛。
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光信息处理发展历史：光学发展史
第一阶段：17世纪 中叶之前 经典光学的早期发 展阶段 【几何光学】 触觉论、发射论 直线传播、小孔成像、光 的反射和凹凸面镜反射成像 Snell折射定律、费马原理 波动学说和粒子学说之争 （牛顿与惠更斯） Maxwell电磁波理论 迈克尔逊-莫雷以太实验 观测以太是否存在而设计 量子力学、相对论、波粒 二像性、物质波理论 全息术、光学传递函数 及激光器的诞生 量子光学、傅里叶光学、 薄膜光学、集成光学、非线 性光学、光纤光学等现代光 现代光学信息处理技术导论 学分支的诞生 公元前5世纪 公元前4世纪 公元前3世纪到公元17世 纪中叶
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光学信息处理的发展历史
• 20世纪60年代以来
– 由于激光器的应用，全息术获得了新的生命； – 全息术和光学传递函数的概念结合，光学研究的内容和方法发生 了根本的改变
传统上，用光强、 振幅的空间分布来 描述光学图像
现在则把图像看作是由缓慢变化的背景、粗 的轮廓等比较低的“空间频率”成分和急剧 变化的细节等比较高的“空间频率”成分构 成的，用频率的分布和变化来描述光学图像。
第二阶段：17世纪中 叶至19世纪
经典光学的快速发展 阶段【波动光学】 第三阶段：20世纪
17世纪初至19世纪末 19世纪60年代 19世纪80年代
20世纪上半叶 20世纪40年代至 60年代 20世纪60年代以来
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现代光学的诞生及 发展阶段
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光学信息处理发展的历史
• 现代光学发展的三件大事
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光学信息处理是如何形成一门学科的？
要有一门学科来解释一些现象
发展历史决定了需
• • • • • • • •
1859 Foucault:刀边实验，也叫刀口实验 1973 Abbe:衍射理论与相干成像 1906 Port：空间滤波 1927 Micheson:X光成像的评价 1907诺贝尔奖获得者 Studies in Optics (1927). 1935 Zernike：相衬显微镜 1946 Elias[i’lai :s] 通讯理论《-》光学 1950s André Maréchal【ma:hi:ʃəl】: 光学图像处理 1960s Vander Lugt, Lohman, Brown – 空间滤波器
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丹尼斯· 盖博：全息术的另一个意义是促进了傅里叶光学的发展
• 丹尼斯· 盖博（匈牙利语：Gábor Dénes，1900年6月5日－ 1979年2月9日），英国籍匈牙利裔物理学家，因发明全息 摄影而获得1967年的英国物理学会杨氏奖及1971年诺贝尔 物理学奖。 • 2010年6月5日，Google主页的LOGO为一个全息摄影的 Google图标，以纪念丹尼斯诞辰110周年。
Fourier（法国）：Fourier 变换
• 约瑟夫· 傅里叶男爵（法语：Joseph Fourier，1768年3月21日－1830年5 月16日），法国数学家、物理学家，提出傅里叶级数，并将其应用于 热传导理论与振动理论，傅里叶变换也以他命名。他被归功为温室效 应的发现者
法国科学家傅里叶由于当时工业上 处理金属的需要，从事着金属热传 导特性的研究。
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光信息处理发展历史：总览
• 光学的发展历史可以追溯到公元前5世纪，到目前已经有
2000多年的历史，并逐渐在物理学中形成了一门独立的基 础学科。 • 光学的发展历史可以看成是人们对光本性认识的历史，以 及人们利用光学技术推动社会不断进步的历史。
• 在整个发展历史中，光学也从经典光学发展到现代光学，
1807年向巴黎科学院呈交的题为 《热的解析理论》
在求解该方程时发现解函数可以由三 角函数构成的级数形式来表示，从而 提出了任意周期函数都可以用三角函 数基来表示的想法
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Fourier（法国）：Fourier 变换
• 傅里叶变换的形象表示
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– 1948年，全息术的诞生，物理学家第一次精确地拍摄了三维物体像，它 几乎记录了光波所携带的全部信息 (这正是“全息”名称的来历)！ – 1955年，科学家第一次提出“光学传递函数”的新概念，并用它来评价 光学镜头的质量。 – 1960年，一种全新的光源-激光器诞生了，它的出现极大地推动了相关学 科的发展特别是光学信息处理的发展。
“空域” “频域” – 傅里叶光学（又称信息光学）最终形成一个重要的学科分支。
• 计算机技术赋予了光学信息处理新的生命
– 随着计算机技术的发展，信息光学也获得了巨大发展，信息光学 逐渐发展成为集光学、计算机和信息科学相结合的一门技术，成 为信息科学的一个重要组成部分和现代光学的核心之一。
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空间频率 非线性系统
照相胶片，非线性光学器件
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历史上有名的光信息处理研究单位与专家
• Carnegie-Mellon，电气与计算机工程系， • 南开大学物理系；/母国光 David Casasent; • 天津大学精仪系；/张以谟 • CalTech/Demetri Psaltis • 清华大学精仪系；/金国藩 • Bell Laboratory, Alan Huang; • Stanford Univ, J.W.Goodman; • 哈尔滨工业大学应用物理系；/李 • The Univ of Arizona/E Wolf 淳飞 • San Diego State Univ, J.A.Davis; • 华中理工大学； /吕乃光 • Univ of California, Sing H Lee; • 四川大学物理系； /郭履荣 • Univ of Erlanggen-nurnberg/ A W Lohman; • Univ of Colorado at Boulder, John A Neff; • 西安光机所/李育林 • Georgis Institute of Technology/ William T • 上海光机所； /刘立人 Thodes; • 上海光仪所； /庄松林 • Univ of South California/ Alexander A Sawchuke; • 复旦大学； /徐克璹 • Univ of California at Santa Barbara,/Pochi Yeh; • 中科院物理所； /杨国桢、顾本源 • NEC Research Institute at Princeton/ Yao Li and Lee Giles; • 大恒光电/宋菲君 • Naval Research Laboratory,/Arthur Fisher • Alabama A & M Univ,/ H J Caulfied; • George Mason Univ, R.A.Athale; • Pennsylvania State Univ /F T S YU 2015-03-09 11 现代光学信息处理技术导论 • Arizona State Univ/J.D.Gaskill