相干光处理
相干光技术
相干光技术相干光技术是一种基于光波的相对相位信息的特殊效应研究技术，它在光学领域中具有重要的应用价值和广泛的研究意义。
通过利用光的波动性质，相干光技术在成像、测量、通信等方面取得了许多重要的成就，因此受到了广泛的关注和研究。
本文将详细介绍相干光技术的基本原理、典型应用以及未来的发展趋势。
一、相干光技术的基本原理相干光是指波源发出的光波之间存在固定的相位差，从而形成一种特定的干涉效应。
其基本原理主要包括两个方面：一是光的波动性质，二是光波之间的相对相位信息。
1. 光的波动性质光作为一种电磁波，具有波动性质。
其振幅、频率和方向可以描述为波动在介质中传播的情况。
而光波的干涉和衍射效应正是建立在光的波动性质的基础上的。
2. 光波之间的相对相位信息相干光的特点之一是光波之间存在一定的相位差，即两个光波的振幅和相位之间具有一定的关系。
这种相对相位信息是相干光技术得以应用的重要基础，通过对光波相位的精确控制和测量，可以实现相干光技术在各种领域的应用。
二、相干光技术的典型应用相干光技术在许多领域中都有着重要的应用，下面我们将介绍其在成像、测量和通信等方面的典型应用。
1. 成像相干光技术在成像领域中具有独特的优势，可以实现高分辨率、高对比度、三维成像等功能。
例如在医学领域中，相干光成像技术可以实现对生物组织的高分辨率显微镜成像，有助于医生更好地观察和诊断病变组织。
在材料科学、天文学等领域中，也有着广泛的应用。
2. 测量相干光技术在测量领域中的应用也非常广泛。
例如在表面形貌测量中，通过光的干涉和衍射效应，可以实现对微小表面形貌的高精度测量。
在加工和制造领域中，相干光测量技术可以实现对零件尺寸、形状等参数的精密测量和控制。
3. 光通信相干光技术在光通信领域中也有着重要的应用价值。
其高速、大容量、低损耗的特点使得其成为光通信领域的重要技术手段。
相干光通信技术可以实现高速的数据传输、远距离的通信传输等功能，有着很大的市场前景。
光学信息处理 第五章 相干光学信息处理
H 1 1 H * H * H * | H |2 H H *H | H |2
用全息的方法分别制作
H*匹配滤波器的制作方法 |H|-2可通过控制照相底片处理过程实现。
将照相底片置于h (x,y)的频谱面上拍摄其频谱全息图，化学处理严 格，使底片的透过率与|H|-2成正比
二者对准叠合
G(u, v) F (u, v) * H (u, v)
在4F系统的频谱面放置一个逆滤波器，使其 透过率满足H-1(u,v)，则在P2后光场分布为
u '(u, v) G(u, v)H (u, v)H 1(u, v)
G(u, v)
P1
y
L1
P2 L2
v
x
u
P3
y'
x'
f
f
f
f
逆滤波器的制作
1、相干图像消模糊 H-1可用全息方法制作，但直接制作比较困难，可通
图像处理
多重像的产生 图像相加减 光学微分
匹配滤波 图像识别 用逆滤波器消模糊
5.1图像处理
• 多重像的产生 • 图像的相加减 • 光学微分－边缘增强 • 图像的比较
1、多重像的产生
• 利用正交光栅调制输入像的频谱，有望得到 多重像的输出
AAA AAA AAA
A
2、图像的相加减
A、一维光栅调制 • 假设两图像对成放在输入面上，中心分别在
平面波
出现亮点 即被识别 若 x* = x 或 x*与 x 相关
小结：
• ①匹配滤波器
– 物的傅里叶变换全息图；
• ② 当有物O(x,y)输入时，输出是——强脉冲 （自相关）；
• ③ 当用其它物输入时，输出是——模糊斑 （相关）
相干光处理
F A ( , ) exp(
F A ( , ) exp
P3平面上输出场的分布是上式的逆傅里叶变换
g( x3 , y3 )
1 4 1 2 exp( j 0 ) f A ( x 3 , y 3 ) f B ( x 3 , y 3 ) exp( j 2 0 )
s( x , y ) f ( x , y )
对于作相关运算,可根据相关运算和卷积运算的关系,只需 制作具有如下透过率的滤波器
H ( , ) F
1
s
*
( x , y ) F
1
s
*
( x , y ) S ( , )
将f(x,y)放在4f系统的输入面上
但空间位置不同的两个脉冲响应,即脉冲响应中的后两项.当图 像A相对于其中一个的卷积像与图像B相对于另一个的卷积像重
合时,在输出平面上实现了图像相减.A与B在输入平面上放置的
位置,正是为了保证两个卷积像的相干叠加.空域分析法和频域 分析法是等价的.
9.2
匹配滤波与图像识别
一、匹配空间滤波器
相干光学处理还能作两个函数的卷积运算和相关运算.由于这 两种方法极为相似,也由于相关运算能直接用于图像识别(特征识 别),本节主要介绍匹配滤波器和相关图像识别. 函数s(x,y)和f(x,y)的卷积运算和相关运算分别定义为
1 4 2 x t ( x 1 ) 1 sin 2 x0
1 2
1 2 x sin 3 x 3 0
1
R
第二次曝光时将光栅平行移动半个周 期,这时光栅透射因子
空域中两个函数的卷积运算在频域中对应于相乘运算,若要 对s (x y)和f(x,y)进行卷积运算,可先用全息方法制作s(x,y) 的频谱函数S(,),然后把f(x,y)作为4f系统的输入函数,把S (,),作为滤波函数H(,),在频谱面上的复振幅分布为 H(,)F(,),输出面上的分布则为
相干光通信技术
信号处理单元
1 2 3
作用
信号处理单元负责对接收到的电信号进行解调、 解码和纠错等处理，提取出传输的信息。
特点
信号处理单元通常采用数字信号处理技术实现， 具有处理精度高、稳定性好、易于实现高速传输 等优点。
算法
常用的信号处理算法包括相位恢复算法、载波恢 复算法、判决反馈均衡器等，用于改善系统的性 能和传输距离。
面发射激光器）。
作用
光源负责产生相干光信号，其性能 直接影响系统的传输质量和距离。
特点
单频激光器具有输出光谱窄、线宽 小、相干性好的优点，适合于高速 长距离的相干光通信。
光调制器
01
02
03
类型
光调制器通常采用电光效 应或声光效应材料制成， 如LiNbO3或SiO2等。
作用
光调制器负责将电信号转 换为光信号，实现信息的 加载。
抗干扰能力
相干光通信具有较强的抗干扰能 力，能够更好地抵御噪声和干扰 的影响，确保信号传输的稳定性。
与无线通信的比较
传输媒介
相干光通信依赖于光纤作为传输 媒介，具有较低的传输损耗和较 小的信号干扰。无线通信则通过 空气传输，容易受到环境因素的 影响。
传输速率
相干光通信支持更高的传输速率， 能够满足大数据和多媒体传输的 需求。无线通信的传输速率相对 较低。
抗干扰能力强
相干光通信技术能够有效地 抑制光噪声和干扰，提高通
信系统的抗干扰能力。
传输容量大
相干光通信技术可以实 现多载波调制，从而大
幅度提高传输容量。
相干光通信技术的发展历程
01
02
03
04
20世纪60年代
相干光通信技术的概念被提出 。
第四章光的相干性概论
在前面的各个部分，凡是涉及到光的叠加，我们通常采用相干叠加或非相干 叠加的方法进行处理。例如在杨氏干涉装置中，两列光波如果是相干的，则叠加
之后干涉项 2A1A2 cos ∆ϕ ≠ 0 ，如果是非相干的，则干涉项 2 A1A2 cos ∆ϕ = 0 。
或者说，在数学处理上，对于相干光，叠加时复振幅相加，U (r) = U1(r) + U2 (r) ；
L0 = ∆Z = λ2 / ∆λ （1.6.8）正是上述的 δMax ，于是对上述现象可以作如下解释。
L =λ2/∆λ 0 Z
带宽为∆λ 的准单色波所形成的波包
由于光源是非单色波 λ ~ λ + ∆λ ，则就是非定态光波，在空间是一个有效长 度为 L0 = λ 2 / ∆λ 的波包。对于屏上的中心点O，到双缝S1、S2的光程相等，因而
= 2 I 0 dx (1 + cos
2π λ
δ ) = 2 I 0 dx [1 + cos
2π λ
( β x + δ 2 )]
∫ 干涉场的强度为 I
= 2I0
b
2 −b
2
dx[1
+
cos
2π λ
(β x + δ2 )]
=
2I0 (b
+
λ πβ
sin
π bβ λ
cos
2π λ
δ2)
I Max
=
2I0b
=| U1(S1,
r)
|2
+
| U2 (S1)
|2
+U1
(S1
)U
∗ 2
(
S1
)
+
光相干调制解调研究
• 偏振复用：偏振态作为光的一个重要属性，也可以用来携带信息，
原理：利用两个相互垂直的偏振态在一条光纤中传输两列相互独 立的信号，与单偏振相比，可以使得频谱效率加倍；同其他调制技术 结合，波特率可以降低一半，使得系统的线性非线性容忍度加强， OSNR要求相对降低。 • 接收的时候：只要把两个偏振态的信号分离开来处理即可。偏振解复 用有两种方案：直接解复用和相干解复用。
光相干调制解调研究
L/O/G/O
• 强度调制/直接检测：调制和解调容易，设备简单，成本低，但只是利 用了相干光的幅度参量，调制的方式单一,对信息的承载能力受限，无 法进行远距离传输。
• 相干光通信系统：采用单一频率的相干光做光源，用所要传输的信号 去调制光载波的频率，幅度，相位等。调制方式丰富，相干接收就是 由本振激光与传输信号混频，得到的差频信号中包含了信号光的各类 信息。
的幅度和相位等所有信息都可以保存下来，因此使用了高速 ADC 的数 字信号处理单元进行载波相位估计，从而取代了 PLL 来进行相位跟踪。
方法：最大似然估计，盲相位搜 索，LMS相位噪声抑制算法等。 前提：色散效应完全在光域中补 偿，相位不考虑色散或电信道均 衡的影响。
小结
待研究问题： 1. 了解影响高速相干光纤通信系统性能的主要因素，如色散、PMD、
为50Gs/s的ADC,采样率不是信号速率整数倍，也需要在采用处理。
从信号中提取时钟：方 法—内插滤波，然后重 采样。
2. 色度色散补偿 色散频响：
所以：设计一个频率响应：
其中：c是光速，L是距离，D是 色散系数。
这样的线性滤波器即可补偿色散，方法：用窗函数方法设计一个有限脉 冲响应的FIR滤波器补偿色散。
• 90°混频器输出： • 经过光电探测器：
如何在实验中处理光的干涉与散射现象？
如何在实验中处理光的干涉与散射现象？在光学实验中，光的干涉与散射现象是两个重要且常见的研究对象。
正确处理这两种现象对于获取准确的实验结果、深入理解光学原理以及推动相关领域的应用具有关键意义。
首先，让我们来了解一下光的干涉现象。
光的干涉是指两列或多列光波在空间相遇时相互叠加，在某些区域始终加强，在另一些区域则始终减弱，形成稳定的强弱分布的现象。
要在实验中成功处理光的干涉现象，关键之一是获得相干光源。
相干光源是指频率相同、振动方向相同且相位差恒定的光源。
在实际实验中，我们通常使用激光作为相干光源，因为激光具有高度的单色性、方向性和相干性。
实验装置的设计与搭建也是至关重要的。
以杨氏双缝干涉实验为例，我们需要精确地调整双缝的间距、缝的宽度以及光源到双缝的距离等参数。
双缝间距过小可能导致干涉条纹过密，难以观察和测量；间距过大则可能导致干涉现象不明显。
缝的宽度也需要严格控制，过宽会使光的衍射效应显著，影响干涉条纹的清晰度。
在进行实验观测时，需要选择合适的观测设备。
例如，使用高精度的显微镜或CCD（电荷耦合器件）相机来捕捉干涉条纹。
同时，要注意实验环境的稳定性，避免外界振动、气流等因素对实验装置的干扰。
为了提高测量精度，还可以采用多次测量取平均值的方法，并对测量数据进行误差分析。
接下来谈谈光的散射现象。
光的散射是指光线通过不均匀介质时，部分光线偏离原来的传播方向而分散传播的现象。
散射现象在日常生活中也很常见，比如天空呈现蓝色就是由于大气对太阳光的散射。
在实验中处理光的散射现象，首先要了解散射介质的特性。
不同的介质对光的散射程度和规律是不同的。
例如，胶体溶液中的粒子大小和浓度会影响散射光的强度和角度分布。
实验装置方面，要确保光源的稳定性和均匀性，以便能够准确地研究散射现象与介质特性之间的关系。
对于散射光的检测，可以使用分光光度计等仪器来测量不同角度和波长的散射光强度。
在数据处理和分析时，需要结合相关的理论模型。
相干光学信息处理 - 副本
S( , ) S( , ) exp(j ( , ))
则由定义，匹配滤波器函数可以表示成
H ( , ) S( , ) exp( j ( , ))
信号经过匹配滤波器后变为 S ( , )
2
这个量完全是实数,
这意味着滤波器完全抵消了入射波前s的全部相位弯曲,于 是透射场是一个振幅加权但相位均匀的平面波前 , 这一平 面波前继续向前传播 , 在输出平面上产生信号的自相关光 斑.
相关运算可用卷积表示为
s( x , y )★ f ( x , y ) s* ( x, y ) f ( x对应于相乘运算 ,若要
对s (x,y)和f(x,y)进行卷积运算,可先用全息方法制作s(x,y)的 频谱函数S(,),然后把f(x,y)作为4f系统的输入函数,把S (,), 作 为 滤 波 函 数 H(,), 在 频 谱 面 上 的 复 振 幅 分 布 为 H(,)F(,),输出面上的分布则为
实现图像相减的方法很多，仅介绍两种： (1)频域光栅滤波; (2)全息照相法。
7.1.1 采用正余弦光栅滤波器实现相减的方法
y1 相干光
f f f f L1
y2,v
L2
y3 g(x3,y3) y1 x1
f(x1,y1)
H(u,v)
f ( x1 , y1 ) f A ( x1 b, y1 ) f B ( x1 b, y1 )
W f Wh
W f 2Wh
2b 2W f 3Wh
3 b W f Wh 2
W f Wh
参考光倾角
Wf f
3 Wh 2f
三、图像识别
图像识别是指检测和判断图像中是否包含某一特定信
息的图像 . 例如 : 从许多指纹中鉴别有无某人的指纹 ; 从许 多文字中找出所需的文字:在病理照片中识别出癌变细胞 等等.采用匹配滤波器进行相关检测,是图像识别的一种重 要手段.
光的相干原理
光的相干原理
光的相干原理指的是在光波的传播中，两个或多个波的振幅和相位之间存在确定关系的现象。
相干性是指两个波或多个波在时间和空间上存在一定的关联性，其波峰和波谷能够相互增强或抵消。
在光的相干原理中，振幅相干和相位相干是两个重要的概念。
振幅相干是指两个波或多个波的振幅之间的关联性，而相位相干则指两个波或多个波的相位之间的关联性。
在光的干涉现象中，相干光可以产生明暗相间的干涉条纹，而不相干光则不能产生明显干涉效果。
这是因为，相干光的波峰和波谷在位置上会对应，能够相互增强或抵消；而不相干光则是无规律的，波峰和波谷的位置没有对应关系。
光的相干性对于干涉仪、激光、光纤通信等领域有着重要的影响。
在干涉仪中，只有相干光才能产生明显的干涉效果，从而实现测量和干涉等应用。
在激光中，由于光的相干性，激光光束可以保持高度的定向性和聚焦性。
在光纤通信中，相干光的传输可以减小信号的衰减和失真，提高传输质量和距离。
光的相干原理的研究对于理解光波的传播和性质具有重要意义，也为光学应用提供了理论依据。
通过探索光的相干性，人们可以更好地利用光波进行测量、通信和成像等应用，推动光学技术的发展。
相干光学成像技术的研究与应用
相干光学成像技术的研究与应用相干光学成像技术是光学成像技术中的一种重要技术，它通过处理成像光线的相位信息来获取样品的物理结构信息。
该技术常常应用于光学显微成像、超分辨成像、三维重建等领域。
以下将介绍相干光学成像技术的原理，现有的各种成像方法以及在不同领域的应用。
一、相干光学成像技术的原理相干光学成像技术的原理是利用光子在空间中传播时的波动特性。
当光子在介质中传播时，它会产生干涉和衍射现象。
不同光束的干涉会导致空间中光的相位信息的变化，这种相位信息可以用来还原物体的几何形态。
相干光学成像技术就是利用这种干涉和衍射现象来还原物体的几何形态。
具体来说，相干光学成像技术是利用一束相干光源照射物体，然后通过光学元件收集反射或透射的光，利用干涉或衍射的现象来重建物体的形态和结构。
其中，相干光指的是相位随时间而变化的光，具有频谱连续、相位不变的特点。
常见的相干光源有光纤激光器、铷原子光谱灯等。
二、现有的相干光学成像方法目前，相干光学成像方法已经发展出多种技术，主要包括以下几种。
1. 同焦面全息术同焦面全息术是一种基于衍射现象的成像技术。
它通过在物体与探测器之间插入全息板，使得物体的信息被编码在探测器位置上的干涉条纹中。
同焦面全息术具有全息成像的优点，可以同时记录样品的振幅和相位信息。
2. 相移全息术相移全息术在同焦面全息术的基础上，通过引入相位移动来实现相位信息的提取。
相位移动可以通过改变物体或探测器的位置、改变全息板的位置等多种方式来实现。
相移全息术具有高分辨率、高稳定性的优点，适用于生物医学、材料科学等领域。
3. 数字全息术数字全息术是一种新兴的成像技术，它将样品在不同方向的全息图像进行数字化处理，通过迭代重建算法来还原样品的三维形态。
数字全息术具有快速重建、高分辨率等优点，适用于纳米科技、高速成像等领域。
三、相干光学成像技术在不同领域的应用相干光学成像技术在物理学、生物医学等领域有着广泛的应用，以下将介绍其中几种典型应用。
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F A ( , ) exp(
F A ( , ) exp
P3平面上输出场的分布是上式的逆傅里叶变换
g( x3 , y3 )
1 4 1 2 exp( j 0 ) f A ( x 3 , y 3 ) f B ( x 3 , y 3 ) exp( j 2 0 )
二、正弦光栅滤波器相减方法. 图9.1.2是用于图像相减的4f系统.将正弦光栅置于频谱平面位 置,并忽略光栅的有限尺寸,则滤波函数可以写为
H ( , ) 1 2 1 2 1 2 1 4 cos( 2 0 x 2 0 ) exp j ( 2 0 x 2 0 ) 1 4 exp j ( 2 0 x 2 0 )
2.解码
解码光路采用常规的4f系统,将调制片置于输入平面上,假定像 的频率低于光栅频率,使用高通滤波器,阻止相应于IA+IB的低频部 分,而容许相应于(IA-IB)R的谱的高频成分通过.在输出平面上我们 只得到(IA-IB)R 项,实现了图像相减.它显示出两个图像不同的区 域,这些区域在暗背景上出现光亮. 采用这种空域编码的方法,使 图像和与图像差的信息分别受到光栅零频和较高频率的调制,在空 间频域上实现了和、差信息的信道分离,因此通过频域滤波,可以 单独提取图像A和B的差异.空域编码和频域解码是相干光学信息处 理中的一种基本技术,它不仅可以用于图像相减,还可以用于其它 的图像运算。
则由定义，匹配滤波器函数可以表示成
H ( , S ( , ) exp( j ( , ))
信号经过匹配滤波器后变为 S ( , )
2
这个量完全是实数,
这意味着滤波器完全抵消了入射波前s的全部相位弯曲,于
是透射场是一个振幅加权但相位均匀的平面波前,这一平面 波前继续向前传播,在输出平面上产生信号的自相关光斑.
H ( , S ( , )
放在频谱面上，则输出面上得到的分布为
* s ( x , y ) f ( x , y ) s ( x , y ) ★ f ( x , y )
一般将
H ( , ) S ( , )
的滤波器称为s(x,y)匹配滤波器
s( x1 , y1 )
s( x , y ) f ( x , y )
s ( , ) f ( x , y )d d
s( x , y )★ f ( x , y )
s ( x , y ) f ( , ) d d
相关运算可用卷积表示为
s ( x , y ) ★ f ( x , y ) s * ( x , y ) f ( x , y )
图像相减
图像相减可以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,例如不同时间拍摄的两张病 理照片相减可以发现病情变化;用于军事上则有利于发 现基地上新增添的军事设施.图像相减的方法很多,我 们介绍光栅编码和光栅衍射两种方法.
一、空域编码、频域解码相减方法
1.编码 将间距为x0,透光部分与不透光 部分相等的罗奇光栅贴放在照相底 片上对像进行编码。如右图 (a)所 示,在第一次曝光时,我们记录下乘 以光栅透射因子t(x)的像A,注意到 周期函数的傅里叶级数展开公式得
1 1 1 exp j ( 2 0 x 2 0 ) exp j ( 2 0 x 2 0 ) 4 4 2
1 4 1 2 1 4
F A ( , ) exp(
j 0 ) F B ( , ) exp( j 0 ) j 2 0 x 2 ) F B ( , ) exp( j 2 0 x 2 ) j ( 4 0 x 2 0 ) F B ( , ) exp j ( 4 0 x 2 0 )
第九章
相干光处理
光学信息处理通常有两种分类方法: 从物像关系或者输入和输出的关系来说,可分为:线性处理与非 线性处理,空间不变与空间变处理. 从所使用光源的空间和时间相干性来说,可分为:相干光处理、非 相干光处理和白光光学处理. 本章按第二种分类方法进行论述,先介绍几种典型的相干光学处 理方法.
9.1
图9.1.3光栅滤波系统的输入与输出与脉冲响应
通过以上分析,我们可以了解到光栅滤波器在 图像相减过程中的作用.
从频域看,它使通过频谱面的信息沿三个不同
的方向传播, 图像A的某一级信息与图像B的某一级
信息在输出平面相干叠加.由于沿两者的衍射光相
位差π,因此在输出平面上实现了图像相减.
从空域看,光栅滤波系统提供了一对大小相等、相位相反,
在像面上有三个图像
式中0是光栅的频率，0表示初相位，它决定了光栅相对于坐 标原点的位置。图像A和B在4f系统的物面上，沿x1方向相对原 点对称放置，其中心与原点距离为 b 0 f 输入场分布可表示为
f ( x1 , y1 ) f A ( x1 b , y1 ) f B ( x1 b , y1 )
1 4 2 x t ( x 1 ) 1 sin 2 x0
1 2
1 2 x sin 3 x 3 0
1
R
第二次曝光时将光栅平行移动半个周 期,这时光栅透射因子
y2
f)Leabharlann F A ( , ) exp( j 2 0 x 2 ) F B ( , ) exp( j 2 0 y 2 )
经光栅滤波后的频谱为
F ( , ) H ( , ) F A ( , ) exp( j 2 0 x 2 ) F B ( , ) exp( j 2 0 y 2 )
s( x , y ) f ( x , y )
对于作相关运算,可根据相关运算和卷积运算的关系,只需 制作具有如下透过率的滤波器
H ( , ) F
1
s
*
( x , y ) F
1
s
*
( x , y ) S ( , )
将f(x,y)放在4f系统的输入面上
f A ( x3 , y3 )
f B ( x 3 , y 3 )
在P3平面中心部位实现了图像相减。 光栅滤波器的作用还可以通过系统的脉冲响应来理解。 0= /2 时，滤波系统的脉冲响应
h( x 3 , y 3 ) F
1
H ( , )
1 2
( x3 , y3 )
空域中两个函数的卷积运算在频域中对应于相乘运算,若要 对s (x y)和f(x,y)进行卷积运算,可先用全息方法制作s(x,y) 的频谱函数S(,),然后把f(x,y)作为4f系统的输入函数,把S (,),作为滤波函数H(,),在频谱面上的复振幅分布为 H(,)F(,),输出面上的分布则为
但空间位置不同的两个脉冲响应,即脉冲响应中的后两项.当图 像A相对于其中一个的卷积像与图像B相对于另一个的卷积像重
合时,在输出平面上实现了图像相减.A与B在输入平面上放置的
位置,正是为了保证两个卷积像的相干叠加.空域分析法和频域 分析法是等价的.
9.2
匹配滤波与图像识别
一、匹配空间滤波器
相干光学处理还能作两个函数的卷积运算和相关运算.由于这 两种方法极为相似,也由于相关运算能直接用于图像识别(特征识 别),本节主要介绍匹配滤波器和相关图像识别. 函数s(x,y)和f(x,y)的卷积运算和相关运算分别定义为
1 2 1 4
f A ( x3 b, y3 )
f A ( x 3 2 b , y 3 ) exp(
exp( j 2 0 ) 1
当光栅的初相位0=/2，即光栅偏离光轴1/4周期时
1 4
exp( j 0 ) f A ( x 3 , y 3 ) f B ( x 3 , y 3 ) exp( j 2 0 ) 1 4
显然,所谓“匹配”,实质上是在频域对输入信号频谱的相位补 偿,形成平面相位分布,匹配滤波器在光学特征识别中起着重要 作用,即可以根据输出平面是否出现自相关峰值,判断输入信号 中是否存在待识别信号.匹配滤波器是复数滤波器,可以用光学 全息或计算全息的方法制作.
二、用全息法制作复数滤波器
上图是复数滤波器的记录光路,实际上就是制作一张傅里 叶变换全息图.透镜L1使点光源S发出的光准直,一部分光照射 模片P1,其复振幅透过率等于所需要的h,透镜L2对振幅分布h进 行傅里叶变换,在胶片上产生一个分布H(,).
1 4 2 x t ( x ) 1 sin 2 x0 1 2 x sin 3 x 0 3
1 2
1
R
于是得到乘以光栅透射因子t‘(x)的
第二个像B .两次曝光时的光栅位置 互补,如右图 (b)所示.设图像A和图
像B的光强分别为IA和IB,于是照相底
片上的曝光量
1 1 H I A 1 R I B 1 R 2 2
1 2
(IA IB )
1 2
(I A I B )R
上式的物理意义明显,在图像A和图像 B相同的部分得到一张普通的负片,在 图像A和图像B不同的部分得到一张其 差值受光栅调制的负片。
f A ( x3 b, y3 )
f B ( x 3 b , y 3 )
1 4
f A ( x 3 2 b , y 3 ) exp(
j 0 ) f B ( x 3 2 b , y 3 ) exp( j 0 )
g( x3 , y3 )
1 4
exp( j 0 ) f A ( x 3 , y 3 ) f B ( x 3 , y 3 ) exp( j 2 0 ) f B ( x 3 b , y 3 ) j 0 ) f B ( x 3 2 b , y 3 ) exp( j 0 )