5.6__相干成像和非相干成像的比较PPT课件
相干光与非相干光在光学成像中的比较与优化
相干光与非相干光在光学成像中的比较与优化光学成像是一种常见的图像获取技术，广泛应用于医学、生物学、材料科学等领域。
在光学成像中，相干光和非相干光是两种常见的光源。
它们在成像质量、分辨率以及应用范围上存在一些差异。
本文将对相干光和非相干光在光学成像中的比较与优化进行探讨。
首先，我们来了解一下相干光和非相干光的特点。
相干光是指光波的振动方向、频率和相位都保持一致的光源。
相干光的特点是波前的干涉和衍射现象明显，可以实现高分辨率的成像。
非相干光则是指光波的振动方向、频率和相位都是随机的，没有明显的干涉和衍射现象。
非相干光的特点是亮度均匀，适合用于照明和全息成像。
在光学成像中，相干光和非相干光的选择取决于具体的应用需求。
相干光成像适用于需要高分辨率的情况，如显微镜观察细胞结构、纳米材料表征等。
相干光成像的原理是利用光的干涉和衍射现象，通过重构波前信息来获取高分辨率的图像。
相干光成像技术包括干涉显微镜、全息显微镜等。
这些技术可以实现纳米级别的分辨率，对于细胞和材料的研究具有重要意义。
然而，相干光成像也存在一些限制。
由于相干光的干涉和衍射现象，它对样品的透明度和形貌要求较高。
对于不透明或表面粗糙的样品，相干光成像的效果会受到限制。
此外，相干光成像还受到散射和折射等因素的影响，可能导致成像的模糊和畸变。
因此，在实际应用中，需要根据具体样品的特点来选择相干光成像技术，并进行优化和改进。
与相干光相比，非相干光成像更加简单和实用。
非相干光成像不受样品的透明度和形貌的限制，适用于各种材料和样品的成像。
非相干光成像技术包括传统的光学显微镜、X射线成像、CT扫描等。
这些技术具有广泛的应用范围，可以用于生物医学、材料科学、工业检测等领域。
非相干光成像的优势在于成像速度快、成本低廉，并且可以实现大范围的样品扫描。
然而，非相干光成像也存在一些局限性。
由于非相干光的特点是亮度均匀，它的分辨率相对较低。
对于需要高分辨率的应用，非相干光成像可能无法满足要求。
成像系统4-相干照明与非相干照明的比较
( fx, f y ) =
g
( fx , f y )
i
( fx, f y )
(归一化 归一化) 归一化
相干成像 传递 CTF = P(λd i f x , λd i f y ) 频 函数
非相干成像
∫∫ P(ξ ,η ) P(ξ + λd f ,η + λd OTF = ∫∫ P(ξ ,η )dξdη
i x
i
f y ) dξ dη
=
两错开光瞳的重叠面积 光瞳总面积
截止频率: 截止频率 CTF 由光瞳函数决定 边长l的方瞳 的方瞳: 边长 的方瞳 f cut = l
2λd i l 2λd i
扩展到CTF的二倍 的二倍 扩展到
f cut ' = l λd i
域
直径l的圆瞳 直径 的圆瞳: f cut = 的圆瞳
对于二者的最后可观察量都是强度，因此直接 对于二者的最后可观察量都是强度，因此直接 对像强度进行比较是恰当的。 对像强度进行比较是恰当的。
#
相干成像系统是一个理想的带通滤波器， 相干成像系统是一个理想的带通滤波器，在与光瞳 函数对应的通带内传递函数值为1。 函数对应的通带内传递函数值为 。在此通带外传递 函数值为0。 函数值为 。 只有相应于光瞳开孔的频带分量才能通过系统， 只有相应于光瞳开孔的频带分量才能通过系统，像 方复振幅才有相应的分量。 方复振幅才有相应的分量。 非相干成像系统是一个有衰减的低通滤波器， 非相干成像系统是一个有衰减的低通滤波器，其传 递函数值在零频时恒为1， 递函数值在零频时恒为 ，在其它频率处的值均小于 1。无论光瞳的形状如何。 。无论光瞳的形状如何。 但在通频带内， 无衰减， 有衰减， 但在通频带内，CTF无衰减，OTF有衰减，降低了 无衰减 有衰减 对比度。实际成像清晰度还与物的空间结构有关。 对比度。实际成像清晰度还与物的空间结构有关。
5.6__相干成像和非相干成像的比较 PPT课件
相干光照明下，
像的强度为
Ii U g h~ 2
像强度的频谱为 Gi , Gg , H , Gg , H ,
瞳是半径为a 的圆形孔径，并且 di a 2di
b
b
。d i
为出瞳到像面的距离， 为照明光波波长，请问对
该物体成像，采用相干光和非相干光照明，哪一种方
式更好？
t1x
x
分析：首先，该系统的出瞳是圆孔.
相干光照明时， 截止频率为
c
a
di
a
因为题目给出了条件：di a 2di
（相干光照明） （非相干光照明）
备注
截止 频率
像强 度的 频谱 两点 分辨
c
l
2d i
oc
2c
l
di
能否就此判断“非相 干成像比相干成像的 效果好”呢？
Ii xi , yi Ui xi , yi 2
U g xi , yi h~xi , yi 2 Ii xi , yi Ig xi , yi hI xi , yi
b
b
所以得到
1 2
c
1 b
c
（1）
接着，将物函数分解为余弦函数的线性组合，即将其展 开成傅立叶级数，得
tix
cos 2
x b
4
1 2
1 cos 4
13
x b
1 cos 6
相干光与非相干光之间的关系与差异
相干光与非相干光之间的关系与差异光是一种电磁波，具有波动性质。
在光学中，我们经常听到相干光和非相干光这两个概念。
相干光和非相干光在光学实验和应用中有着不同的特性和用途。
本文将探讨相干光与非相干光之间的关系与差异。
首先，我们来了解相干光的概念。
相干光是指波源发出的光波在空间和时间上保持着固定的相位关系。
这种相位关系可以使光波干涉和衍射现象得以观察和利用。
相干光的波动性质使得它可以形成明暗条纹、干涉环等特殊的光学图案。
相干光的形成需要具备两个基本条件：一是波源的相位相同，二是波源的频率相同。
只有当这两个条件同时满足时，才能形成相干光。
例如，激光器就是一种产生相干光的光源。
激光器通过受激辐射的原理，使得光波具有高度的相干性。
这种相干光可以在干涉仪、全息术等领域发挥重要作用。
与相干光相对应的是非相干光。
非相干光是指波源发出的光波在空间和时间上没有固定的相位关系。
这种光波的振幅和相位是随机变化的，无法形成明确的干涉和衍射图样。
非相干光的特点是波源的相位和频率不一致，无法产生明显的相干效应。
非相干光的波动性质使得它在照明和成像等方面有着广泛的应用。
例如，我们常用的白炽灯就是一种非相干光源。
白炽灯通过电阻丝加热产生光线，由于电阻丝的热运动是随机的，所以产生的光波也是非相干的。
这种非相干光可以提供均匀的照明效果，适用于日常生活中的各种场景。
相干光和非相干光之间的差异主要体现在干涉和衍射现象上。
干涉是指两个或多个光波相互叠加形成明暗交替的条纹图案。
相干光由于具有固定的相位关系，可以产生明确的干涉图样。
而非相干光由于波源的相位随机变化，无法形成明显的干涉效应。
衍射是指光波通过一个孔或者物体的边缘时发生弯曲和扩散的现象。
相干光由于相位相同，可以产生清晰的衍射图样。
而非相干光由于相位随机变化，衍射效应不明显。
总结起来，相干光和非相干光之间的关系与差异主要体现在波源的相位关系和频率一致性上。
相干光具有固定的相位关系和频率一致性，可以产生明确的干涉和衍射效应。
相干成像和非相干成像的比较
相干成像和非相干成像的比较1.成像系统的一般分析方法1.1普遍模型由几个共轴透镜构成的系统，一般光学成像系统看作是由入射光瞳、出射光瞳边端的黑箱 。
1.2衍射受限成像系统（1）黑箱边端性质是将投射到入瞳上的发散球面波变换成出射光瞳上的会聚球面波 。
（2）衍射效应发生物入瞳，出瞳像的传播中衍射效应由入瞳孔径有限引起，或来自于出曈。
（3）成像系统没有几何像差（理想成像系统）1.3求系统的脉冲响应函数概念：成像系统的作用是将由任何一个物点（x0，y0）发出的发散球面波变换成以理想像点（xi=Mx0, yi=My0 ）为中心的会聚球面波。
由于出曈对会聚球面波的限制作用，将在像面上得到以理想像点为中心的出曈的夫朗和费衍射图。
因此，物点通过系统后在像面上的复振幅分布是以理想像点为中心的夫朗和费衍射图。
dxdy y My y x Mx x d j y x p k y x y x h i i i i i ]})()[(2exp{),(),,,(0000-+--∙∙=⎰⎰∞∞-λπ结论：表征衍射受限成像系统的脉冲响应函数是出射光瞳的Fourier 变换。
2.衍射受限相干系统的频率响应－CTF2.1 CTF 的定义复振幅脉冲响应的傅里叶变换定义为相干传递函数表征了衍射受限相干成像系统在频域中的作用它决定于系统本身的物理结构 。
2.2相干成像系统由复振幅脉冲响应h 是以理想像点为中心的出射光瞳的FT),(),(),(),(),(~~~)~,~()~,~(~),(])(2exp[),(~),(000000y x g y x y x i i i g i i g i i i i i i i i y i x i i y x f f G f f H f f G y x U y x h y d x d y x U y y x x h y x U dy dx y f x f j y x h f f H ⋅=*=--=+-=⎰⎰⎰⎰∞∞-∞∞-π),(y x f f H )~,~()}}~,~({{)},(~{),(y d x d p y d x d p y x h f f H ii i i i i y x λλλλ--===F F F 的物理意义)~,~(),(y d x d p f f H i i y x λλ=。
相干衍射成像原理 PPT
相干衍射成像
相干光源照明条件下，通过物波衍射或干涉光场强度分布获取波前相位 信息实现二维或者三维物体成像的技术称为相干衍射成像（CDI）。
相干衍射成像(CDI )是从衍射分布中恢复出物体原图像的过程。物波光场 的复振幅函数有振幅和相位两部分组成，物波场的衍射或干涉光场的振幅信 息一般通过感光胶片或者数字图像传感器如CCD可以方便的记录其强度分布 获得，但是图像传感器不能直接探测波前的相位信息，恢复原图像即重建物 波函数需要同时知道其振幅信息和相位信息。
基于夫琅禾费衍射的非迭代阵列抽样衍射成像
基于夫琅禾费衍射的非迭代阵列抽样衍射成像
基于夫琅禾费衍射的非迭代阵列抽样衍射成像
基于夫琅禾费衍射的非迭代阵列抽样衍射成像
基于夫琅禾费衍射的非迭代阵列抽样衍射成像
基于夫琅禾费衍射的非迭代阵列抽样衍射成像
基于夫琅禾费衍射的卷积可解阵列波前检测的原理如下所述： （1）让被测波前（具有非均匀的振幅和相位分布）先通过一个特殊设计的多针孔阵列抽样 板（CSSA）； （2）被抽样波前经过一个Fraunhofer衍射到达一个图像传感器（如CCD）的记录平面，由 CCD记录该Fraunhofer衍射光场的强度分布图样并输入计算机或图像处理器； （3）对所记录的强度图样做逆傅里叶变换得到该强度图样的空间频谱函数； （4）最后再通过一个与CSSA 对应的多针孔阵列抽样板对该频谱函数进行抽样滤波就可以得 到待测抽样波前的振幅和相位分布。 被抽样波前的Fraunhofer衍射图样也可通过在CSSA和CCD之间插入一个傅里叶变换透镜并将 CCD记录面置于傅里叶变换透镜的后焦面上来获得。由于从该 Fraunhofer 衍射光场强度图样的 逆傅里叶变换中求解被测波前在数学上等价于一个解卷积过程，因此我们将以上所用多针孔抽 样板命名为卷积可解阵列抽样板并将上述波前探测方法称为卷积可解阵列抽样法。该方法完全 不需要迭代过程。相位恢复过程也只在一幅衍射强度图像中进行，不涉及多幅图像的交互处理， 可实现二维波前的实时测量。
相干衍射成像原理(PPT课件)
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END
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放映结束 感谢各位的批评指导！
谢 谢！
让我们共同进步
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相干衍射成像
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相干衍射成像
相干光源照明条件下，通过物波衍射或干涉光场强度分布获取波前相位 信息实现二维或者三维物体成像的技术称为相干衍射成像（CDI）。
相干衍射成像(CDI )是从衍射分布中恢复出物体原图像的过程。物波光场 的复振幅函数有振幅和相位两部分组成，物波场的衍射或干涉光场的振幅信 息一般通过感光胶片或者数字图像传感器如CCD可以方便的记录其强度分布 获得，但是图像传感器不能直接探测波前的相位信息，恢复原图像即重建物 波函数需要同时知道其振幅信息和相位信息。
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相干衍射成像
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基于迭代算法的相干衍射成像
主要有三种迭代算法： 1、GS算法 GS 算法也称为误差下降算法，物波函数在空域和频域的交替迭代计算过程中，空域强度 分布和频域强度分布作为单一迭代约束条件，存在着收敛性迭代‘停滞’问题。 2、HIO算法 改进了误差减少ER 算法并进一步发展了混合输入输出HIO 算法,克服了临界问题,在相干 衍射成像中被广泛使用。 3、TIE算法 基本原理是测量沿光传播方向的光强变化推算出垂直方向的相位分布，目前比较常用的 解TIE 方程的方法是傅里叶变换法
相干与非相干光学处理
Optical Information Processing
光学信息处理
第九章
Incoherent Optical information Processing
非相干光学信息处理
： 光学信息处理从光源的空间和时间相干性来分类
0
i1
另外，不同噪声之间互不相关，因此有
N
E nin j
i1
0上面分析可知，单一通道上的信噪比为 s 2 / 2
当引入N个通道后，信噪比为 Ns 2 / 2
这这一一点点在在光光学学系系统统中中是是容容易易理理解解的的。。
扩扩展展光光源源引引入入的的多多余余通通道道
(1) 相干噪声和散斑噪声问题 (2) 输入和输出上存在的问题
(3) 对色彩信息难以处理
（1）相干噪声和散斑噪声问题.
在光学系统中，透镜、反射镜和分束器等不可避免地存在一些缺陷,如气泡、 擦痕以及尘埃、指印或霉斑等.
当用相干光照明时,这些缺陷将产生衍射,而这些衍射波之间又会互相干涉,从 而形成一系列杂乱条纹与图像重叠在一起,无法分开.这就是所谓相干噪声。
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c.非相干光学处理系统的特征
照明光波场：非单色光
光学处理对象：光强 作用：完成运算（非负实函数运算处理）
特点：
1.无相干噪声，抗干扰能力强 2.系统简单，具有很强的灵活性
3.色彩信息量高。
。 混合处理系统,可以直接使用这类非相干信号
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