(第十章)非相干光学处理1
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近代光信息处理办法非相干光学信息处理办法
光波的相干长度．
12.01.2相021干时间定义近为代光信息=处l理/c办法非相( 式中c17为光速 ) 干光学信息处理办法
3.5 迈克耳孙干涉仪和时间相干
•
在迈克耳孙干涉性
图
仪中，两个光能够
迈
形成干涉条纹的前提
克
条件是它们到达屏的
耳 孙
时间差不大于 ，或
干
它们的光程差不大于 l ；
涉
否则就不会产生干涉
– 3．8 计算层析技术
12.01.2021– 3．9 结论近代光信息处理办法非相
2
干光学信息处理办法
第三章 非相干光学信息处理
•
由于廉价的激光器的广泛应用，非相干
光学信息处理已变得不那么重要了，与相干光
学信息处理相比，非相干光学信息处理的优势
很少．现在很少有人试图去建立一个非相干光
学信息处理器，例如非相干光学相关器(参见第
•得到
MTF (po) = m
•而 PTF 则为 =
• 空间频率为p。的调制传递函数MTF 通过m
测得．为了获得完整的调制传递函数曲线，应对
12.01.2不021同频率 p 的近余代光弦信光息处栅理重办法复非上相 述测量12过程．
干光学信息处理办法
3.4 非相干空间滤波
•
在相干光学信息处理系统(4f系统)中，当我
•
迈克耳孙干涉仪性
图
见图．当两臂长度相 等 时 (a=b) ， 相 干 条 纹
迈 克 耳
出现．注意两个反射
孙
镜应稍微倾斜一点， 否则在屏上看不到条
干 涉 仪
纹．
若使得反射镜M2沿光轴方向移远，使b > a ， 干涉条纹的反差就会下降．当(2b-2a)大于一定长
非相干光的检测与变换
非相干光的检测与变换
目 录
• 非相干光的基本概念 • 非相干光的检测技术 • 非相干光的变换技术 • 非相干光的调制技术 • 非相干光的解调技术 • 非相干光检测与变换技术的未来发展
01 非相干光的基本概念
非相干光的定义
总结词
非相干光是指光波之间没有固定相位关系的非单色光源发出 的光。
详细描述
定义
光学哈达玛变换是一种将复数信号转换为实数序列的变换 方法，通过使用哈达玛矩阵和光学元件实现。
01
应用
在图像处理、模式识别、光谱分析等领 域有广泛应用，例如图像压缩、特征提 取、光谱匹配等。
02
03优点Biblioteka 具有高分辨率和高灵敏度，能够实现 快速变换和多维信号处理，且光学元 件具有宽带宽和高速响应特性。
新型光电材料
随着科技的发展，新型光电材料如钙钛矿、 二维材料等不断涌现，为非相干光检测与变 换技术提供了更多可能性。
光学薄膜
光学薄膜在非相干光检测与变换中具有重要 作用，未来研究将更加注重高透过率、高稳 定性、多功能性的光学薄膜的制备和应用。
新技术的研发
超快光电转换技术
利用超快激光脉冲，实现非相干光信号的高速、高灵 敏度检测，满足实时处理和高速通信的需求。
光学沃尔什变换
定义
光学沃尔什变换是一种将复数信号转换为实 数序列的变换方法，通过使用沃尔什函数和 光学元件实现。
应用
在数字信号处理、雷达信号处理、无线通信等领域 有广泛应用，例如调制解调、频谱分析、信号分类 等。
优点
具有快速变换速度和简单实现方式，能够实 现高分辨率和高灵敏度的信号处理。
光学哈达玛变换
对噪声敏感，解调性能受限于模拟电 路的性能。
目 录
• 非相干光的基本概念 • 非相干光的检测技术 • 非相干光的变换技术 • 非相干光的调制技术 • 非相干光的解调技术 • 非相干光检测与变换技术的未来发展
01 非相干光的基本概念
非相干光的定义
总结词
非相干光是指光波之间没有固定相位关系的非单色光源发出 的光。
详细描述
定义
光学哈达玛变换是一种将复数信号转换为实数序列的变换 方法，通过使用哈达玛矩阵和光学元件实现。
01
应用
在图像处理、模式识别、光谱分析等领 域有广泛应用，例如图像压缩、特征提 取、光谱匹配等。
02
03优点Biblioteka 具有高分辨率和高灵敏度，能够实现 快速变换和多维信号处理，且光学元 件具有宽带宽和高速响应特性。
新型光电材料
随着科技的发展，新型光电材料如钙钛矿、 二维材料等不断涌现，为非相干光检测与变 换技术提供了更多可能性。
光学薄膜
光学薄膜在非相干光检测与变换中具有重要 作用，未来研究将更加注重高透过率、高稳 定性、多功能性的光学薄膜的制备和应用。
新技术的研发
超快光电转换技术
利用超快激光脉冲，实现非相干光信号的高速、高灵 敏度检测，满足实时处理和高速通信的需求。
光学沃尔什变换
定义
光学沃尔什变换是一种将复数信号转换为实 数序列的变换方法，通过使用沃尔什函数和 光学元件实现。
应用
在数字信号处理、雷达信号处理、无线通信等领域 有广泛应用，例如调制解调、频谱分析、信号分类 等。
优点
具有快速变换速度和简单实现方式，能够实 现高分辨率和高灵敏度的信号处理。
光学哈达玛变换
对噪声敏感，解调性能受限于模拟电 路的性能。
第十章 非相干光学处理
第十章 非相干光学处理一、 相干光处理与非相干光处理的比较1．相干光系统输入为()y x u i ,，输出为()y x u ,，则：()(),,i iu x y u x y =∑即：输出的合成复振幅()y x u ,满足复振幅叠加原则。
而光强为：()()()22,,,∑==i y x u y x u y x I()()()2*,,,i i j ii ju x y u x y u x y ≠=+∑∑()()*,,i i j ii jI u x y u x y ≠=+∑∑在相干处理系统中，输出光强除了是输入光强i I 的叠加外，还存在相干项*j i u u ⋅的影响。
2．非相干光系统对于非相干光系统，由于输入图像各点的光互不相干，所以上式中的互相关项（第二项）的平均值为零。
即()()∑=ii i i y x I y x I ,,即：非相干光处理系统是强度的线性系统，满足强度叠加原理。
3．比较：相干——振幅叠加——可正可负——可完成加、减、乘、除、微分、卷积等运算 非相干——光强叠加——实函数—— 无上述运算4．相干光处理系统存在的不足 1） 噪声太大相干噪声：由光路中的尘埃，指纹，擦痕，元件的缺陷，气泡等引起得干涉。
散班噪声：由漫射物体表面的起伏粗糙而引起的无规干涉。
2）只能处理透明图片（复振幅分布）而不能利用光强接收器得到的信号做为输入信号，（如CRT 、LED 、CCD ）3）只能处理单色图象，对彩色图象则无能为力。
4）而非相干系统正好可弥补相干系统的上述不足，即不存在上述不足。
问题：能不能找到一个系统：即能象相干系统一样，存在一个频谱面，可进行各种处理，又能象非相干系统一样，去掉讨厌的噪声干扰-----部分相干系统----白光处理系统二、 白光光学信息处理技术白光光学处理采用宽谱带白光光源，但采用微小的光源尺寸以提高空间相干性。
另一方面在输入平面上引入光栅来提高时间相干性。
这样即不存在相干噪声，又在某种程度上保留了相干光学处理系统对复振幅进行运算的能力，运算灵活性好。
8.6 非相干光学处理
天狼星离我们8.6光年， 光年， 天狼星离我们 光年 是第五近的恒星。 是第五近的恒星。因 为它本身发光很强， 为它本身发光很强， 又距离近， 又距离近，才显得很 明亮耀眼. 明亮耀眼
希腊诗人埃斯库罗斯 （Aeschylus）称天狼 ） 星为‘炽热的犬’ 星为‘炽热的犬’，因 为它是大犬星座α星 为它是大犬星座 星， 在最热的七八月份黎明 前升起。 前升起。 古埃及人称它为索提斯 ），意为 （sothis），意为‘水 ），意为‘ 上之星’ 上之星’
2
功率谱相关器的优点：见教材Ｐ 功率谱相关器的优点：见教材Ｐ334。 。
光瞳平面上放透过率为t 光瞳平面上放透过率为 2的透明片
x y h1 ( x, y) ∝ T2 , λf λf
2
系统最终输出为
I i ( x , y ) = I g ( x , y ) ∗ h1 ( x , y ) ξ η x − ξ y −η = ∫∫ T1 λ f , λf ⋅ T2 λ f , λf dξdη
在非相干光学处理系统中，我们也同样 在非相干光学处理系统中， 可以在频域综合出所需要的OTF，即实现 可以在频域综合出所需要的 ， 各种形式的滤波。 各种形式的滤波。
OTF等于光瞳函数的归一化自相关函数，即 等于光瞳函数的归一化自相关函数， 等于光瞳函数的归一化自相关函数
∫∫ P (λd α , λd β )P (λd (ξ + α ), λd (ξ + β ))dαdβ Η (ξ ,η ) = ∫∫ P (λd α , λd β ) dαdβ
i i i i 2 i i
是系统的出瞳到像面的距离。 式中di 是系统的出瞳到像面的距离。对半径为a 的圆形光瞳，其光学传递函数如图所示： 的圆形光瞳，其光学传递函数如图所示：
光子学技术的相干光与非相干光的光谱分析
光子学技术的相干光与非相干光的光谱分析光子学技术是利用光子的物理性质进行研究与应用的领域，其中光谱分析是一项重要的光子学技术应用。
光谱分析是通过研究光的波长、频率和幅度等参数，来获取物质的光谱信息，进而实现物质的检测、诊断和表征的方法。
在光谱分析中，相干光与非相干光具有不同的特点和应用。
相干光是指两个或多个光波处于相位关系或相位差处于常数关系的光，可通过干涉实验来展示它们之间的特性。
相干光具有明显的干涉效应，能够产生干涉条纹和干涉色彩。
在光谱分析中，相干光的应用主要体现在干涉光谱仪的测量中。
干涉光谱仪是一种基于干涉效应的光谱分析仪器，其原理是利用干涉现象来实现光的波长测量。
常见的干涉光谱仪有迈克尔逊干涉仪和菲涅耳双棱镜干涉仪。
这些仪器通过将被测光与参考光进行干涉，然后通过干涉效应来测量样品光的光谱信息。
相干光的特点使得干涉光谱仪能够具有高分辨率和高准确度的优点，适用于需要精确测量波长或频率的应用，如光学薄膜、光谱学等。
相对而言，非相干光则是不满足相位关系或相位差处于常数关系的光，它由许多频率和相位随机变化的光波组成。
非相干光的光谱分析常常利用光谱仪进行，尤其是使用离散频谱分析仪器。
离散频谱分析仪器可以将非相干光的复杂光谱分解成多个频率成分，通过对这些频率成分的测量和分析来获取光信号的频谱信息。
常见的离散频谱分析仪器有光谱仪和光栅光谱仪等。
光谱仪是一种非相干光谱分析仪器，通过光栅或棱镜对光信号进行角度色散，然后将其转换成光的波长信息，从而实现光谱测量。
光谱仪可以测量连续光谱，并对其进行分析和处理，用于检测物质的成分、浓度和反应过程等。
而光栅光谱仪则是利用光栅的衍射效应来测量非相干光的光谱信息的仪器。
光栅具有多个平行的刻线，它能够使不同波长的光在不同的角度上发生衍射。
通过测量不同角度上的衍射光信号强度，可以获得非相干光的光谱信息。
综上所述，光子学技术中相干光与非相干光在光谱分析中具有不同的应用。
干涉光谱仪适用于对波长和频率有高精度要求的测量，而离散频谱分析仪器则适用于分析非相干光的复杂波谱。
第十章 第一讲 相干光 杨氏双缝干涉
mm, 现要能用肉眼观察干涉条纹, 双缝的最大间距是多少？
解: (1) 相邻两明纹的间距公式为 D x = ① d d=2mm时, x =0.295mm
d=10mm时,
x =0.059mm
(2) 如果仅能分辨x =0.15mm, 则由①知:此时双缝间距为 D d = 4mm x 双缝间距大于4mm,肉眼无法分辨.
L2
注意: 各波列的 E , 可能各不相同
E3
结论: 同一原子先后发出的光及同一
时刻不同原子发出的光的频率 、振 动方向、初相、发光的时间均是随机 的. 各光波列互不相干！
3
E2 E1
一、普通光源的发光机制和特点 1．普通光源 ——由原子自发辐射发出光. 各光波列互不相干！
各光波列相干！ 2．激光光源 ——由受激辐射产生光.（§ 13-10） 二、相干光的获得
d
r2
x
O
d tan S2 D x = d (D ～ 1m .d～1mm) 很小 d << D x << D D x k k 0,1,2, 干涉加强 出现明纹 d D (2k 1) k 0 , 1 , 2 , 干涉减弱 出现暗纹 2
条纹位置:
观察、实验： 光的直线传播、反射和折射, 形成了“光线”的概念
发明： 透镜、凹面镜、望远镜.
二)．几何光学时期 (11~18世纪末) 实验： 建立了反射和折射定律.
发现： 光的“色散”现象、红外线、紫外线.
理论： 开始思考光的本性是什么？ (1) 牛顿的机械微粒说： 光是按照惯性定律沿直线飞行的微粒流. (2)惠更斯的机械波动说： 光是在特殊媒质“以太”中传播的机械波.
2 1
信息光学非相干光学处理
第十章 非相干光学处理
大量旳光学仪器是采用非相干光或自然光或白光光源，如 摄影机、望远镜、显微镜、投影仪、制版设备等。有必要研究非 相干处理措施。因为非相干照明下光场分布用光强分布表达，所 以输入函数和脉冲响应函数都是非负实函数。与相干照明系统相 比，非相干系统没有相干噪声。仍有研究价值。
10.1相干与非相干光学处理
相干与非相干光学处理
将透明片作为一种线性系统旳输入， 用相干光照明，因为 输入图像中每一点旳复振幅在输出面上会产生相应旳输出，这些 输出旳集合（叠加）构成输出图像。
U (x, y) Ui (x, y)
i
人眼、感光胶片、CCD等感知旳是光强信息。即合成振幅旳绝对
值平方。
I (x, y) | U (x, y) |2 | Ui (x, y) |2
先考虑f(x,y)上一种单位强度旳点光源在P平面上旳脉冲响应。
在几何光学近似下，离焦面Δ处旳旳分布即为h(x,y)
旳一种缩小旳倒像，其投影中心坐标
a 1 ( / 2 f ) x, b 1 ( / 2 f ) y
考虑到投影时h(x,y)旳方向将发 生几何反射，于是 f (x,y)上旳一点在
离焦面Δ上产生一种h 旳缩小图像
i
Ui (x, y) |2 Ui (x, y)U * j (x, y)
i
i j
Ii
U
iHale Waihona Puke (x,y)U
* j
(
x,
y)
i
i j
用完全非相干光照明，输入面上各点旳光强在输出面产生相
应旳光强输出，因为这些输出是互不有关旳，所以总旳图像输出
是各光点光强输出旳叠加。因为各点振动旳随机性，其振幅和相
发出光经L1后变成平行光， 把第一张胶片f (x , y)投影 到h上，经过L2把光束会
大量旳光学仪器是采用非相干光或自然光或白光光源，如 摄影机、望远镜、显微镜、投影仪、制版设备等。有必要研究非 相干处理措施。因为非相干照明下光场分布用光强分布表达，所 以输入函数和脉冲响应函数都是非负实函数。与相干照明系统相 比，非相干系统没有相干噪声。仍有研究价值。
10.1相干与非相干光学处理
相干与非相干光学处理
将透明片作为一种线性系统旳输入， 用相干光照明，因为 输入图像中每一点旳复振幅在输出面上会产生相应旳输出，这些 输出旳集合（叠加）构成输出图像。
U (x, y) Ui (x, y)
i
人眼、感光胶片、CCD等感知旳是光强信息。即合成振幅旳绝对
值平方。
I (x, y) | U (x, y) |2 | Ui (x, y) |2
先考虑f(x,y)上一种单位强度旳点光源在P平面上旳脉冲响应。
在几何光学近似下，离焦面Δ处旳旳分布即为h(x,y)
旳一种缩小旳倒像，其投影中心坐标
a 1 ( / 2 f ) x, b 1 ( / 2 f ) y
考虑到投影时h(x,y)旳方向将发 生几何反射，于是 f (x,y)上旳一点在
离焦面Δ上产生一种h 旳缩小图像
i
Ui (x, y) |2 Ui (x, y)U * j (x, y)
i
i j
Ii
U
iHale Waihona Puke (x,y)U
* j
(
x,
y)
i
i j
用完全非相干光照明，输入面上各点旳光强在输出面产生相
应旳光强输出，因为这些输出是互不有关旳，所以总旳图像输出
是各光点光强输出旳叠加。因为各点振动旳随机性，其振幅和相
发出光经L1后变成平行光， 把第一张胶片f (x , y)投影 到h上，经过L2把光束会
第十一章 非相干光学处理
n
，故上式可写为：
2
I n n t x3 , y3 hn x3 , y3 , n
则输出平面上的总光强为
n n 1
：
I x3 , y3 n t x3 , y3 hn x3 , y3 , n
2
可见：这种白光处理系统能够处理复振幅信号，又能压 制令人厌烦的相干噪声。 又由于白光光源辐射了所有可见光波长，所以白光处理 系统很适合于彩色象的处理。 应该指出：我们采用的分析方法对确定的波长看作是相 干光处理，而对不同波长处理后像的叠加又看成是完全非 相干的，这在理论上是不严格的。 严格的讨论----部分相干理论。 但在实际操作中，上述的近似分析已经是足够了。
白光光学处理采用宽谱带白光光源，但 采用微小的光源尺寸以提高空间相干性。另 一方面在输入平面上引入光栅来提高时间相 干性。这样即不存在相干噪声，又在某种程 度上保留了相干光学处理系统对复振幅进行 运算的能力，运算灵活性好。
其优点为： ① 可以压制相干噪声 ② 白光光源通常比较便宜 ③ 处理环境一般比较随意 ④ 白光系统比较容易操作，比较经济 ⑤ 特别适合于彩色信号处理
2．非相干光系统
对于非相干光系统，由于输入图像各 点的光互不相干，所以上式中的互相关项 （第二项）的平均值为零。即
I x, y I i xi , yi
i
即：非相干光处理系统是强度的线性系统， 满足强度叠加原理。
3．比较： 相干——振Байду номын сангаас叠加——可正可负——可完成 加、减、乘、除、微分、卷积等运算 非相干——光强叠加——实函数—— 无上 述运算
运算完成。非相干处理系统由于没有物理上 的频谱面，故不能按照相干系统同样的方法 处理。 * 但从空域看来，因为卷积和相关运算都包括 位移,相乘,积分三个基本步骤,所以非相干成象 系统也可以完成这些运算.
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(
)
10.2 基于衍射的非相干空间滤波系统
可得到式(10.2.11)的对称表达式 ∞ ∞ λ ff y λ ffx λ ff y λ ffx Hi fx , f y =∫ ∫ P′ ξ ′ + ,η′ + ,η′ P′ ξ ′ dξ dη 2 2 2 2 ∞ ∞
(
)
(10.2.12)
10.2 基于衍射的非相干空间滤波系统
非相干空间滤波系统是基本的非相干成像系统,它使用光学传 递函数来进行非相干空间滤波,其操作依靠衍射理论.图 10.2.1是一个用自发光物体的非相干空间滤波系统. S为自发光物,P(x,y)为光瞳透明物片,设物面的强度分布为 Io(x,y),成像面的强度分布为Ii(x,y),由衍射理论可知,其成 像规律遵从以下的强度卷积积分 P(x,y) Io(x,y) S f1 f2 Ii(x,y)
Chapter 10
第十章
InCoherent
Optical Information Processing
非相干光学信息处理
非相干光学处理是指采用非相干光照明的信息处理方法,系统 传递和处理的基本物理量是光场的强度分布.
10.1 光处理与非相干光处理的比较
相干光处理系统存在的不足
(1)相干光处理要求输出分布以波前复振幅的形式,这一要 求排除了阴极射线管或发光二极管阵列作为输出器件的使用. 这就要求把输入图像制成透明片,然后用激光照明. (2) 相干噪声和散斑噪声问题 在光学系统中(如透镜,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.
2
(10.2.2)
hi ( x, y) 是非相干空间强度脉冲响应或点扩展函数(PSF),
hi ( x, y) = h( x, y) , 即强度脉冲响应 hi ( x, y) 是振幅脉冲响应
h( x, y)的模的平方;K是比例常数;而 Ig ( x, y) 是几何光学
所预言的像分布,即
y 1 x Ig ( x, y) = Io , M M M
图10.2.1用自发光物体的非相干空间滤波系统.
10.2 基于衍射的非相干空间滤波系统
I ( xi , yi ) = K ∫
∞ ∞ ∞ ∞
∫ I (ξ,η) h ( x ξ, y η) dξdη
g i
(10.2.1)
式(10.2.1)可缩写为
Ii ( x, y) = KIg ( x, y) hi ( x, y)
H
( f , f ) , 也简称OTF,即 ( f , f )=H ( f , f ) /H ( 0,0)
H
x y
i x y x y i ∞
当用零频分量进行归一化时,就得到通常所称的光学传递函数
=∞
∫ ∫
∞
∞
λ ff y λ ffx λ ff y λ ffx P′ ξ ′ + ,η′ + ,η′ P′ ξ ′ dξ ′dη′ 2 2 2 2
2
(10.2.3)
尽管这个系统的输入是一个自发光物体,只要用来照射的光源的空 间宽度足够大,式(10.2.1)同样地描述被透射物的输入与输出的关系.
10.2 基于衍射的非相干空间滤波系统
假设系统的放大率为1,即f1=f2=f,并且考虑到像的倒立问题, 像面的坐标用反射坐标系,即把像面上+x轴和+y轴的方向反转, 则方程(10.2.2)呈简单形式
I f ( x, y) ∝ hi ( x, y) ∝ P( x / λ f , y / λ f )
此处 P f x , f y 是p ( x, y )的二维傅里叶变换,即
(10.2.6)
(
)
P( fx , f y ) = ∫
∞
∞
∞ ∞
∫ p( x, y) exp j2π ( f x + f y) dxdy
叫做成像系统的空间频率传递函数. 考虑由单个点光源物所产生的像分布,式(10.2.4)的物理意义为: 被透镜L1准直的点光源的光产生一个平面波照射光瞳透明物片, 通过光瞳透明物片后的透射光场在透镜L2的作用下,在L2的后焦 面形成光瞳函数的夫琅和费强度图样.我们可以把扩展的空间非
10.2 基于衍射的非相干空间滤波系统
Ii ( x, y) = KIo ( x, y) hi ( x, y)
Gi ( fx , f y ) = KGo ( fx , f y ) Hi ( fx , f y )
(10.2.4)
对上式两边进行傅里叶变换,可得到它们的空间频率域的关系
(10.2.5)
此处,Go,Gi和Hi分别为Io,Ii和hi的傅里叶变换,Hi ( f x , f y )
hi ( fx , f y )=P′ ( λ ffx , λ ff y ) ★ P′ ( λ ffx , λ ff y ) =∫
∞ ∞ ∞ ∞
(
)
∫
P′ (ξ ,η ) P′ (ξ λ ffx ,η λ ff y ) dξ dη
(10.2.11)
即是非相干传递函数 Hi fx , f y 是约化坐标光瞳函数的自相关. λ ff y λ ff x 作简单的变量变换,令ξ = ξ ′ + ,η = η ′ + 2 2
10.3 非相干空间滤波的特征识别
In ( x, y) ∝ Tn ( x / λ f , y / λ f )
2
此处 Tn ( fx , f y ) 是 tn ( x, y) 的傅里叶变换.处理器的后半部是一个非 相干空间滤波系统,非相干匹配滤波器 Hm ( fx , f y ) 把光瞳函数 P ( x′, y′) m 作为它的主要部分,这个匹配滤波器把输入 In ( x, y) 转化为输出 Inm ( x, y) 下面我们看看这个处理器的各部分是如何起作用,尽管图形是二维的, 为了推导公式的方便起见,我们只用一维符号.
10.1 光处理与非相干光处理的比较
另外,当用激光照明一个漫射体时,物体表面上各点反射的光 在空间相遇而发生干涉,由于漫射物体表面的微观起伏与光波 长相比是粗糙的,也是无规的,因而这种干涉也是无规的,当 用相干光照明漫射物体时,这个物体看上去总是麻麻点点的, 这就是散斑噪声. (3)输出的性质.在相干光学中,被处理的信息由波的复振幅分 布来传送,这就意味着不仅输入必须以波振幅的形式来恰当的 描述(有时需要对输入信息进行非线性处理),而且直接关系 到输出分布也是输出波的振幅.然而,除了应用干涉仪技术的 少数情况外,处理器输出中实际测量到的是输出波的强度分布. 这样,相干处理的位相信息(或真实分布的信号)被丢失,在 某些应用中,如,在匹配滤波和像的加强中,这种位相信息的 失掉可能严重的限制光学技术的应用. (4)激光是单色性极好的光源,因此,相干处理系统原则上只能 处理单色图像,对彩色图像的处理几乎无能为力.
10.3.1 用空间匹配滤波的图形识别
通过使信号的峰值能量与处理系统中的均方白噪声能量的比值 达到最大来解决这个问题. 我们的目的是要识别一个未知输入信号,或者要识别一个未知 位置,比如放在x=0处的光学图形In(x).物In(x)不是全部未知, 只是部分未知,他可能是一个信号集In(x)(n=0,1,2, …,N)中的一 员,图形In(x)不是未知特征的本身,它必须通过预处理得到,这 一点下面会谈到. 输入图形的识别可以通过下述实验得到: (1)由光学传递函数(OTF) 为Hm(fx)的成像系统产生输入In(x)的像;(2)把一个针孔放在像面的 中央处(在光轴上,x=0处),在针孔后面放一个光电探测器;(3) 通过把系统的OTF Hm(fx)(m=0,1,2, …,N) (n=0,1,2 , …,N)调整为N 个不同的状态,把"相关率"Smn(m=0,1,2, …,N) (n=0,1,2 , …,N)作为 光电池的信号,用针孔后的光电探测器相继的测量这个相关率.
10.2 基于衍射的非相干空间滤波系统
hi ( x, y)= P′ ( x相干点扩展函数是约化坐标光瞳函数的模的平方,在定义 式(10.2.10)时,取比例常数K为1.对式(10.2.10)取傅里叶变换, 并注意到非相干点扩展函数 hi ( x, y ) 的傅里叶变化就是非相干 传递函数 Hi fx , f y , 援引自相关定理,可得
∞ ∞ ∞
∫ ∫
∞
P(ξ ,η ) dξ dη
2
(10.2.13)
这个公式称为杜裴克(Duffieux)公式, P(ξ ,η )是实际的光瞳函数 的傅里叶变换.
10.3 非相干空间滤波的特征识别
下面研究一种非相干 空间滤波的特征识别 系统,这是一种能谱 LASER
x0
g
x
x′
PH Snm
In( x0 )
10.1 光处理与非相干光处理的比较
非相干光处理也有明显的缺点: (1) 因为在非相干光处理中,信息的传递是光的强度,这样,输 入和输出分布被限制在非负的实函数信号.这与用波的复振 幅来传送振幅和相位信息的相干光处理器形成一个鲜明的对 比. (2) 如果非相干系统被用于双极的或复数值的处理操作,必须用 某一形式的混合系统.由于在处理中加入偏置信号,大的偏 置分布伴随着期望的信息,因而处理器的动态范围在某些情 况下可能有严重的局限.
x y
(10.2.7)
10.2 基于衍射的非相干空间滤波系统
从第3章关于成像系统的讨论可知,相干点扩展函数h(x,y)是光 瞳函数p(x,y)的傅里叶变换,即 h( x, y) ∝ F {h( x, y)} = p fx , f y = p ( x / λ f , y / λ f )
而非相干点扩展函数hi ( x, y ) 是相干点扩展函数h ( x, y )的模的平方, 即