《光學(xué)信息處理》緒論

光學(xué)信息處理1課程安排地點：教402時間：周二（1，2節(jié)）第二學(xué)期：2—18周，其中第17周隨堂考試。成績：平時（30%+10%）+期末考試（60%），其中平時的30%為考勤和作業(yè)，10%為報告2緒論什么是光學(xué)信息處理？光學(xué)信息處理的研究內(nèi)容與分類光學(xué)信息處理的發(fā)展歷程光學(xué)信息處理的應(yīng)用本課程的主要內(nèi)容總結(jié)3一、什么是光學(xué)信息處理光學(xué)信息信息光學(xué)光學(xué)信息處理41、光學(xué)信息處理的對象——光學(xué)信息定義消息信號信息光學(xué)信息：攜帶著信息的光強或光場等隨空間變化的序列分類:一維、二維、三維光學(xué)信息表示方法空間中的光波/光場不同的位置的變化,指光的強度（或振幅）、相位、顏色（波長）和偏振態(tài)等。5光場的數(shù)學(xué)表示：光場

xy0復(fù)振幅振幅相位6與通信系統(tǒng)比較通信系統(tǒng)：信息寓于時域中（調(diào)制的電壓或時間的波形）信息光學(xué)系統(tǒng)：信息寓于空域中（光波的振幅或強度）72、什么是信息光學(xué)定義：采用信息學(xué)的研究方法來處理光學(xué)問題，采用信息傳遞的觀點來研究光學(xué)系統(tǒng)光學(xué)信息的收集、傳遞、處理過程中，利用傅立葉分析和系統(tǒng)理論予以變換和處理，也稱傅立葉光學(xué)為什么引入“傅立葉變換”信息光學(xué)和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)理論的相似是以正弦信息為基礎(chǔ)的，而實際的物光分布不一定是正弦分布8光學(xué)信息處理定義利用光學(xué)頻譜分析，利用傅立葉綜合技術(shù)，通過空域、頻域調(diào)制，借助空間濾波技術(shù)對光學(xué)信息進行處理的過程。特點：高速、并行、大容量9x2x2x1x2x210二、光學(xué)信息處理的研究內(nèi)容與分類研究內(nèi)容它主要研究如何對各種光學(xué)信息進行綜合性的處理，例如：各種光學(xué)運算加、減、乘、除、相關(guān)、卷積、微分、矩陣相乘、邏輯運算等；光學(xué)信息的抽取、編碼、解碼、存儲、再現(xiàn)、傳輸、濾波、增強、去模糊、特征識別等；各種光學(xué)變換光學(xué)傅立葉變換、光學(xué)對數(shù)變換、光學(xué)梅林變換、光學(xué)拉普拉斯變換等。11光學(xué)信息處理的分類光源相干光學(xué)處理非相干光學(xué)處理系統(tǒng)的輸入輸出關(guān)系線性與非線性空間變與空間不變12三、光學(xué)信息處理的發(fā)展歷程早期發(fā)展近代發(fā)展20世紀80年代以后131.早期發(fā)展(1)起源1873年德國科學(xué)家阿貝二次成像理論與幾何光學(xué)成像傳統(tǒng)理論不同相干光照明下，顯微鏡成像分成兩步：第一次衍射像：光物鏡后焦面夫瑯禾費衍射第二次衍射像：衍射像發(fā)出的次波在像面上干涉成像141.早期發(fā)展(2)阿貝－波特實驗1875，1906用相干單色平行光照射正交光柵以后在空間濾波中詳細介紹光物平面像平面頻譜面15物平面像平面頻譜面161.早期發(fā)展(3)1935年，澤尼克（Zernike）發(fā)明了相襯顯微鏡將相位分布的變化轉(zhuǎn)換為強度分布，就是把空間位相調(diào)制的信息變換為空間強度(或振幅)調(diào)制的信息成功地直接觀察到微小的相位變化——細菌1953年獲得NobelPrize172.近代發(fā)展1948年，全息術(shù)的發(fā)明英國丹尼斯.伽柏提出的現(xiàn)代全息照相術(shù)的前身——波陣面再現(xiàn)原理，1971年諾貝爾物理學(xué)獎。全息：記錄物體的光強和相位1955年，光學(xué)傳遞函數(shù)概念的建立1960年，新型的強相干光源——激光的誕生近代光學(xué)史上的三件大事1963年，范德拉提出了復(fù)數(shù)空間濾波的概念，使光學(xué)信息處理進入了一個廣泛應(yīng)用的階段20世紀70年代光纖通信就是依據(jù)這方面理論的重要成就，它為信息傳輸和處理提供了嶄新的技術(shù)。183.20世紀80年代以后發(fā)展（1）1982年霍普菲爾德(Hopfield)研制成功第一個神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的物理模型，并在光學(xué)模擬系統(tǒng)中得以實現(xiàn)。1990年1月，貝爾實驗室研制成功第一臺數(shù)字化光處理器，光開關(guān)的速度已達到每秒10億次，它是實現(xiàn)光計算機目標的征途上邁出的重要一步193.20世紀80年代以后發(fā)展（2）光電混合系統(tǒng)光學(xué)處理的并行、高速、空間帶寬積大等長處與電子計算機數(shù)字處理的靈活性、高精度相結(jié)合；光學(xué)處理技術(shù)與光纖通信系統(tǒng)相結(jié)合提高了光纖通信系統(tǒng)的性能。如啁啾光柵全息元件對光纖傳輸系統(tǒng)進行色散補償；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)和現(xiàn)代光學(xué)技術(shù)的相互結(jié)合和滲透光學(xué)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及其在光信息的各種帶有智能性的并行處理；光計算、光通信技術(shù)及相關(guān)光器件進一步研究；新型的記錄介質(zhì)不斷發(fā)展20PhotonicIntegratedCircuit2D3D“Buildings”Thered"roads"1DThegreen"forests"

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21四、光學(xué)信息處理應(yīng)用全息空間濾波光學(xué)特征識別空間光調(diào)制器綜合孔徑雷達技術(shù)-美國制作衛(wèi)片，能看到細節(jié)白光信息處理光計算光學(xué)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)光學(xué)互連光折變信息處理……221、全息全息顯示利用全息能夠重現(xiàn)物體三維圖像全息干涉計量全息無損探傷（1965）、研究瞬變過程（槍彈飛行等）全息光學(xué)元件全息光柵全息透鏡波前變換元件，分色元件全息信息存儲高密度、大容量、多重記錄、立體存儲、與計算機聯(lián)機實現(xiàn)圖文原件的自動檢索一張1cm2的厚乳膠干板上，通過變換記錄角度把上百頁的資料全部記錄在同一全息底片上。全息顯微術(shù)2324數(shù)字全息的制作25Making&ShowingComputerMovieClipsontheScreenCameraworkmadefrom1997LakeForestExhibition全息電影26光學(xué)全息的未來27利用全息掩模板制作光纖光柵OpticalfibrePhasemaskm=+1m=-1UVlaserInterferencepatternG-10+1UV28激光體全息存儲(Volumeholographicstorage)：鈮酸鋰晶體29激光散斑激光自散射體的表面漫反射或通過一個透明散射體（例如毛玻璃）時，在散射表面或附近的光場中可以觀察到一種無規(guī)分布的亮暗斑點，稱為激光散斑（LaserSpeckles）或斑紋

302、空間濾波航空攝影組合相片接縫濾波濾波前濾波器濾波后313、光學(xué)特征識別對罪犯指紋的識別文獻資料中所含某字或某字母的識別信息鎖對鑰匙的識別智能機器人對于所遇對象（人或物）識別智能武器對攻擊目標的識別等等優(yōu)點：精確識別，保密性好32指紋和文字的識別33二維條碼二維條碼卡一維條碼條碼技術(shù)34手持二用激光掃描器手持激光掃描器讀取設(shè)備：向激光、CCD發(fā)展條碼技術(shù)35汽車牌照光電混合聯(lián)合變換識別36白光信息處理假彩色編碼人眼對黑白照片的灰度分辨15－20等級，顏色達幾百種利用光學(xué)信息處理手段，將灰度等級的變化，轉(zhuǎn)換為顏色的變化，提高識別能力80年代，假彩色編碼用于早期癌癥診斷用假彩色編碼對肺部X光透視片（黑白）調(diào)查草場退化情況地形地貌分析37五、本課程內(nèi)容的重點傅立葉光學(xué)的基礎(chǔ)經(jīng)典光學(xué)信息處理非相干光學(xué)信息處理相干光學(xué)光學(xué)