信息光学复习提纲--重点

信息光学复习提纲
信息光学的特点
Ch1. 线性系统分析
1.矩形函数：①定义②图像③作用④傅里叶变换谱函数
2.sinc函数：①定义②图像③作用④傅里叶变换谱函数
3.三角函数：①定义②图像③作用④傅里叶变换谱函数
4.符号函数：①定义②图像③作用④傅里叶变换谱函数
5.阶跃函数：①定义②图像③作用④傅里叶变换谱函数
6.余弦函数：①定义②图像③作用④傅里叶变换谱函数
7. 函数：①三种定义②四大性质③作用
8.梳状函数：①定义②图像③作用④傅里叶变换谱函数
9.高斯函数：①定义②图像③作用④傅里叶变换谱函数
10.傅里叶变换（常用傅里叶变换对）
11.卷积：四大步骤，两大效应
12.互相关、自相关的定义、物理意义
13.傅里叶变换的基本性质和有关定理
14.线性系统理论
15.线性不变系统的输入输出关系，脉冲响应函数，传递函数
16.抽样定理求抽样间隔
Ch2. 标量衍射理论
1. 标量衍射理论成立的两大条件
2.平面波及球面波表达式:
exp[(cos cos cos )]A ik x y z αβγ++
（求平面波的空间频率）
)](2exp[]exp[22
y x z
ik ikz z A + 3.惠更斯——菲涅耳原理：
()
⎰⎰
∑
=ds r
ikr K P U c
Q U )
exp()()(0θ 4.基尔霍夫衍射理论： ⎰⎰
∑
-=
ds
r
ikr r n r n r ikr a j Q U )
exp(]2),cos(2),cos([)exp(1
)(0000
λ
令()()θλK r
ikr j Q P h )
exp(1,=所以()⎰⎰∑
=ds Q P h
P U
Q U ,)()(0
当光源足够远，且入射光在孔径平面上各点的入射角都不大时，(),1,cos 0≈r n
(),1,cos ≈r n ().1≈∴θK
故()z ikr j Q P h )
exp(1,λ=，]})()[(211{20020z
y y z x x z r -+-+≈ 5. 菲涅耳衍射——近场衍射：
0000202000022)](2exp[)](2exp[
),()](2exp[)exp(),(dy dx yy xx z
j y x z jk y x U y x z
jk
z j jkz y x U +-++=
⎰⎰
∞
∞
-λπ
λ6. 夫琅禾费衍射——远场衍射：（根据屏函数求衍射光强分布）
000000022)](2exp[
),()]
(2exp[)exp(),(dy dx yy xx z
j y x U y x z
jk
z j jkz y x U +-+=⎰⎰
∞
∞
-λπ
λ
7.衍射的角谱理论：（角谱的传播，求角谱分布）
Ch.3 光学成像系统的频率特性
1.透镜的傅里叶变换性质： ①相位变换作用：)](2exp[),(),(22
y x f
jk y x p y x t +-=（二次位相因子） ②透镜的傅里叶变换特性：
（满足条件？什么情况下实现准确傅立叶变换） a. 物在透镜前b.物在透镜后 2. 衍射受限系统的点扩散函数：
⎰⎰∞
∞
--+--=
--y
d x d y y y x x x j y d x d P d K y y x x h i i i i i
i i ~~]}~)~(~)~[(2exp{)~,~()~,~(002
2
00πλλλ 光瞳相对于i d λ足够大时，理想情况：点物成点像
)~,~()~,~(22o i o i i o i o i y y x x d K y y x x h --≅--δλ
3. 相干照明下衍射受限系统的成像规律：
),(),(~
),(i i g i i i i i y x U y x h y x U *=
其中，)]~,~([),(~
y d x d P F y x h i i i i λλ=，),(1
),(0M
y M x U M y x U i i i i g =
4.衍射受限系统的相干传递函数（CTF ）：
()()ηλξληξi i d d P H ,,=（坐标轴反演）
5. 截止频率：
圆形光瞳：o c oc i c d D
M d D λρρλρ2,2=== 正方形光瞳：
不同方向的截止频率不同，45度时最大)22max i
c d a λρ= 6. 衍射受限系统的非相干传递函数（OTF ） 7. OTF 与CTF 的关系
Ch.4 光学全息
1. 普通照相与全息照相的比较
2. 全息照相的核心：波前记录和再现
①方法：干涉法（标准方法，即将空间相位调制→空间强度调制） ②特点：全息图实际上就是一幅干涉图 ③全息图的分类：
a 。

物、参位置：同轴全息+离轴全息
b 。

物、图位置：菲涅耳全息图+像面全息图+傅里叶变换全息图
c 。

介质厚度：平面全息图+体积全息图
d 。

……&……
e 。

……&……
3. 全息再现基本公式：
()
()
C r O C r O C
i i i b ORCe
ORCe
Ce
O t δδδδδδδβ---+-++'+)(2
0级（背景光） -1级（实像） +1级（虚像）
4. 菲涅耳全息图
像位置坐标：
1
12121-⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛±=o r p i z z z z λλλλ
p p
i
r r i o o i i x z z x z z x z z x +±=1212λλλλ
p p
i r r i o o i i y z z
y z z y z z y +±=1212λλλλ
横向放大率：1
120121--====p
o
r o i o i o i z z z z z z dy dy dx dx M λλλλ
纵向放大率：22
1M dz dz M o i z λλ
==
5. 傅里叶变换全息图
①定义 ②特点 ③照明与再现的两种方式，相互是独立的 6. 计算全息图
计算全息的制作和再现过程
(1) 抽样；(2) 计算；(3)编码；(4) 成图；(5) 再现。

Ch.８ 空间滤波
1. 阿贝成像理论及其意义
第1步：物体(P1)经L 在透镜后焦面P2成各级衍射斑（频谱） 第2步：各级衍射斑在P3面相互干涉成像 2. 空间滤波的傅里叶分析方法：
透镜作频谱分析器；空间滤波器改变物体光的频谱 3. 空间滤波系统：典型的4f 系统
4. 空间滤波器：位于空间频谱平面上的一种模片，它改变输入信息的空间频谱，从而实现对输入信息的某种变换。

分类：①二元振幅滤波器、
②振幅滤波器
③相位滤波器
④复数滤波器
二元振幅滤波器亦可分为：
a低通滤波器。

b高通滤波器。

c带通滤波器。

d方向滤波器。

5. 空间滤波应用
①策尼克相衬显微镜（原理）
Ch. 9 相干光学信息处理
1. 光学信息处理的分类：
（1）从物像关系或者输入和输出的关系来说
①线性处理与非线性处理，②空间不变与空间变处理
（2）从所使用光源的空间和时间相干性来说
①相干光处理，②非相干光处理，③白光光学处理（各自
优缺点相干处理和非相干处理的优缺点
优点：相干处理具有物理上的频谱平面，可以实现傅里叶变换，大大增加了处理的灵活性。

复振幅有正负之分，可完成：加、减、乘、除、微分和卷积等多种运算，特别是利用傅里叶变换性质，进行频域综合实现空间滤波。

缺点：相干噪声和散斑噪声。

对光源提出要求。

只能处理单色图像，对彩色图像的处理几乎无能为力
2. 光学信息处理内容：
①光学图像识别②图像相加相减③多重像产生
④图像边缘增强（微分）⑤图像消模糊
3. 图像相减作用：
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方法：光栅编码（空域编码频域解码相减方法）和光栅衍射
4. 匹配滤波器：
①所谓“匹配”，实质上是在频域对输入信号频谱的相位进行补偿，形成平面相位分布。

②匹配空间滤波器在光学特征识别中起重量作用
③匹配滤波器是复数滤波器，可用光学全息或计算全息的方法制作
5. 图像识别：
采用匹配滤波进行相关检测是图像识别的一种重要手段
联合变换相关识别.
6.图像微分（原理及过程）
7.图像消除模糊（逆滤波器）
8．白光信息处理：θ调制技术的原理
第六章空间光调制器
１．空间光调制器的基本结构与分类
按读出方式分类：反射式、透射式
按信号输入分类：电寻址、光寻址
２．液晶的分类各种类型液晶的特点。