信息光学4_计算全息
第一章线性系统分析 信息光学 教学课件
输入
f (x, y)
系统
输出
g(x, y)
1.1 光学中常用的几种初等函数
一、矩形函数
矩形函数的定义为
函数图像如下 图所示
rect( x x0 ) a
rect( x x0 ) a
1
1, x x0 a a2
0 其它
0
a x0 2
x0
x0
a 2
x
二维矩形函数可表示成一维矩形函数的乘积
rect ( x , y ) rect ( x )rect ( y )
1935年F.Zernike相衬原理的提出; 1948年D.Gabor全息照相术的发明; 1955年H.H.Hopkins光学传递函数理论的建立; 1960年T.H.Maiman红宝石激光器的诞生.
它们是现代光学发展中的几件大事，连同60年代以后由于 各种激光器的研制成功而迅速发展起来的非线性光学、纤 维光学、集成光学等诸方面，使现代光学广泛地活跃在现 代科学技术的许多部门。
二、全息术 1、白光再现全息图 2、计算全息 3、模压全息技术
三、层析成像技术 1、投影数据和拉冬变换 2、图像的重建 3、图像的光学模拟重现
四、条形码技术 条形码系统是按照特定格式组合起来的一组宽度不同
的平行线条，其线条和间隔代表了某些数字符号，用以表 示某些信息。这种代码非常容易使用简便的阅读器装置进 行识别，经过阅读设备的光电转换的信号只需经过简单的 接口电路即能输送到微型机等数据处理装置，进行信息的 处理。
第一章 线性系统分析
一个光学系统可以用一个有输入和输出的方框图来表 示。光学系统对输入信号的作用可以是线性的，也可以是 非线性的。对于非线性系统，目前还没有通用的技术来求 解。虽然任何一个光学系统都不是严格线性的，但在一定 的条件下，许多光学系统可以作为线性系统来处理。另外， 由于光学系统几乎都是用二维空间变量来描述，所以我们 首先介绍二维线性系统的一些基本知识。
信息光学重点(部分)
1、 线性系统、平移不变系统的定义线性系统：若一个系统同时具有叠加性和均匀性，即：{(,)(,)}{(,)}{(,)}L a f x y a f x y a L f x y a L f x y +=+(,)a g x y a g=+则称此系统为线性系统.平移不变性：若{}1122(,)(,)L f x y g x y =，则}1122(,)(,)L f x x y y g x Mx y My --=--则称该系统具有平移不变性线性平移不变系统：既具有线性又具有平移不变性的系统称为线性平移不变系统. 2、惠更斯-菲涅耳原理光场中任一给定曲面上的诸面可以看做是子波源，如果这些子波源是相干的，则在波继续传播的空间上任一点处的光振动，都可以看做是这些子波源各自发出的子波在该点相干叠加的结果。
3、对衍射受限系统传递函数的表达式i 、相干传递函数：=),(y x c f f H (){}{}y d x d P i i ~,~λλF F ),(y i x i f d f d P λλ--=①这说明，相干传递函数),(y x c f f H 等于光瞳函数，仅在空域坐标xy 和频域坐标y x f f 之间存在着一定的坐标缩放关系。
如果在一个反射坐标中来定义P ，则可以去掉负号的累赘，把式①改写为 ),(),(y i x i y x c f d f d P f f H λλ= ，尤其是一般光瞳函数都是对光轴呈中心对称的，这样处理的结果不会产生任何实值性的影响。
对于直径为D 的圆形光瞳，其孔径函数()y x P ,可表为 ⎪⎪⎭⎫⎝⎛+=2/),(22D y x circ y x P 其相干传递函数为 ⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛+==iy x y i x i y x c d D f f circ f d f d P f f H λλλ2/),(),(22由圆柱函数的定义可知，在()i d D λ2区域内1=),(y x c f f H ，在)i d D λ2之外0=),(y x c f f H 。
信息光学智慧树知到答案章节测试2023年苏州大学
绪论单元测试1.“信息光学”又称为 ____。
答案:第一章测试1.高斯函数的傅里叶变换是（）A:B:C:D:答案:B2.函数的傅里叶变换是（）。
A:B:C:D:答案:A3.某平面波的复振幅分布为，那么它在不同方向的空间频率，也就是复振幅分布的空间频谱为（）。
A:，B:，答案:A4.圆域函数Circ（r）的傅里叶变换是。
（）A:错B:对答案:B5.尺寸a×b 的不透明矩形屏，其透过率函数为rect(x/a)rect(y/b)。
（）A:错B:对答案:A6.卷积是一种 ____，它的两个效应分别是_和_，两个函数f(x, y)和h(x, y)卷积的积分表达式为____。
答案:7.什么是线性空不变系统的本征函数？答案:8.基元函数是不能再进行分解的基本函数单元，光学系统中常用的三种基元函数分别是什么？答案:第二章测试1.在衍射现象中，当衍射孔径越小，中央亮斑就____。
答案:2.点光源发出的球面波的等相位面为_，平行平面波的等相位面为_。
答案:3.平面波角谱理论中，菲涅耳近似的实质是用_来代替球面的子波；夫琅和费近似实质是用_来代替球面子波。
答案:4.你认为能否获得理想的平行光束？为什么？答案:5.菲涅尔对惠更斯的波动光学理论表述主要有哪两方面的重要贡献？答案:6.已知一单色平面波的复振幅表达式为，请问该平面波在传播方向的空间频率以及在x，y，z方向的空间频率分别是什么？答案:第三章测试1.物体放在透镜（）位置上时，透镜的像方焦面上才能得到物体准确的傅里叶频谱。
A:之后B:之前C:前表面D:前焦面答案:D2.衍射受限光学系统是指（），仅考虑光瞳产生的衍射限制的系统。
A:考虑像差的影响B:不考虑像差的影响答案:B3.相干传递函数是相干光学系统中（）的傅里叶变换。
A:点扩散函数B:脉冲响应函数C:余弦函数D:复振幅函数答案:A4.（）是实现对空间物体进行信息处理和变换的基本光路结构。
A:光学系统B:4f光路C:准直系统D:单透镜系统答案:D5.成像的本质是衍射光斑的叠加结果。
信息光学习题答案及解析
信息光学习题答案第一章 线性系统分析1.1 简要说明以下系统是否有线性和平移不变性. （1）()();x f dxdx g =（2）()();⎰=dx x f x g （3）()();x f x g = （4）()()()[];2⎰∞∞--=αααd x h f x g（5）()()απξααd j f ⎰∞∞--2exp解：（1）线性、平移不变； （2）线性、平移不变； （3）非线性、平移不变； （4）线性、平移不变； （5）线性、非平移不变。
1.2 证明)()ex p()(2x comb x j x comb x comb +=⎪⎭⎫ ⎝⎛π证明：左边＝∑∑∑∞-∞=∞-∞=∞-∞=-=⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=⎪⎭⎫ ⎝⎛-=⎪⎭⎫ ⎝⎛n n n n x n x n x x comb )2(2)2(2122δδδ∑∑∑∑∑∑∞-∞=∞-∞=∞-∞=∞-∞=∞-∞=∞-∞=--+-=-+-=-+-=+=n nn n n n n n x n x n x jn n x n x x j n x x j x comb x comb )()1()()()exp()()()exp()()exp()()(δδδπδδπδπ右边当n 为奇数时，右边＝0，当n 为偶数时，右边＝∑∞-∞=-n n x )2(2δ所以当n 为偶数时，左右两边相等。
1.3 证明)()(sin x comb x =ππδ 证明：根据复合函数形式的δ函数公式0)(,)()()]([1≠''-=∑=i ni i i x h x h x x x h δδ式中i x 是h(x)=0的根，)(i x h '表示)(x h 在i x x =处的导数。
于是)()()(sin x comb n x x n =-=∑∞-∞=πδπππδ1.4 计算图题1.1所示的两函数的一维卷积。
解：设卷积为g(x)。
当-1≤x ≤0时，如图题1.1(a)所示， ⎰+-+=-+-=xx x d x x g 103612131)1)(1()(ααα图题1.1当0 < x ≤1时，如图题1.1(b)所示， ⎰+-=-+-=13612131)1)(1()(xx x d x x g ααα 即 ⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧≤<+-≤≤--+=其它,010,61213101,612131)(33x x x x x x x g 1.5 计算下列一维卷积。
2024年信息光学重点总结（二篇）
2024年信息光学重点总结____年信息光学重点总结____年是信息光学领域发展的关键一年，新技术的不断涌现和应用前景的拓展使得信息光学在各个领域中发挥了重要作用。
本文将重点总结____年信息光学领域的关键进展和应用领域，以及相关的重要研究成果和技术发展。
一、光纤通信技术的突破在____年，光纤通信技术在速度和容量方面取得了重大突破。
首先，光纤通信的传输速率有了大幅提升，千兆级甚至万兆级的传输速率已经成为现实。
其次，光纤通信的容量也大幅增加，单根光纤可以传输更多的数据，实现高速宽带接入。
此外，在光子晶体光纤、软玻璃光纤等新型光纤材料的研究中，取得了令人振奋的成果，提高了光纤传输的性能和可靠性。
二、光学显微镜技术的创新光学显微镜是生命科学和材料科学中常用的工具，____年，光学显微镜技术取得了重要的创新。
首先，超分辨率显微镜技术的发展使得显微镜的分辨率得到了大幅提升，可以观察到更小的细胞结构和分子细节。
其次，基于光学编码的显微镜技术在多参数成像方面取得了突破，可以同时观察和分析多个生物标记物，为生命科学的研究提供了更全面的数据。
三、激光技术的应用拓展激光技术是信息光学领域的核心技术之一，在____年，激光技术的应用领域得到了广泛拓展。
首先，激光器的功率密度得到了大幅提升，激光切割、激光打印等领域的应用进一步扩大。
其次，激光测速技术在运动物体测量和三维重建中得到了广泛应用，为物体测量提供了高精度和高速度的解决方案。
此外，激光雷达在自动驾驶、智能交通等领域中的应用也取得了突破性进展。
四、光学传感技术的创新应用光学传感技术是信息光学领域的重要应用领域，在____年，光学传感技术的创新应用成为研究的热点。
首先，利用纳米结构和光子晶体等新材料设计的传感器具有高灵敏度和高选择性，可以实现对环境中各种物质和参数的实时监测。
其次，光学传感技术在农业、医疗、环境监测等领域的应用不断拓展，为解决实际问题提供了有效的手段。
信息光学实验报告
信息光学实验报告信息光学实验报告引言信息光学是一门研究光学与信息科学交叉的学科，它利用光的特性和技术手段来处理和传输信息。
本实验旨在通过实际操作，探索信息光学的基本原理和应用。
一、光的干涉与衍射光的干涉与衍射是信息光学中重要的现象，本实验使用双缝干涉装置和单缝衍射装置来观察和研究这些现象。
1. 双缝干涉装置实验中使用的双缝干涉装置由一束激光器发出的平行光束照射到一个有两个狭缝的屏上。
通过调节狭缝的间距和光源到屏的距离，我们可以观察到干涉条纹的形成。
实验结果显示，当两个狭缝的间距适当时，干涉条纹清晰可见。
这是因为光波经过两个狭缝后，形成了相干的光波，相干光波的叠加产生了干涉现象。
通过测量干涉条纹的间距，我们可以计算出光的波长。
2. 单缝衍射装置实验中使用的单缝衍射装置由一束激光器发出的平行光束照射到一个有一个狭缝的屏上。
通过调节狭缝的宽度和光源到屏的距离，我们可以观察到衍射现象。
实验结果显示，当狭缝的宽度适当时，我们可以看到在中央明亮的主极大附近有一系列暗纹和亮纹。
这是因为光波经过狭缝后发生衍射，形成了衍射图样。
通过测量衍射图样的角度和宽度，我们可以计算出光的波长和狭缝的宽度。
二、全息术全息术是信息光学中的一项重要技术，它利用光的干涉和衍射原理，将物体的全息图像记录在光敏材料上，并通过光的衍射再现出物体的三维图像。
实验中，我们使用了全息干涉术来记录和再现物体的全息图像。
首先，我们将物体放置在激光器照射下，将物体的全息图像记录在光敏材料上。
然后，我们使用激光束照射光敏材料，通过光的衍射，我们可以再现出物体的三维图像。
实验结果显示，通过全息术记录和再现，我们可以获得物体更加真实和立体的图像。
全息术在三维成像、光学存储和光学计算等领域有着广泛的应用。
三、光纤通信光纤通信是信息光学中的一项重要应用，它利用光的传输特性来实现信息的高速传输。
实验中，我们使用了一根光纤来传输信息。
我们将一束激光束通过光纤发送到接收端，通过调节激光的强度和频率，我们可以实现不同的信号传输。
信息光学考题
判断题1、反射型体全息图用白光再现时，再现像是单色的。
（）２、空间滤波系统中，在频谱面加微分滤波器可以实现图像边缘增强。
（）3、白光光学信息处理系统中，由于白光是非相干光，所以系统不存在物理上的频谱面，因而无法利用空间滤波的方法进行图像处理。
（）4、系统即具有叠加性又具有均匀性，则这种系统称为线性系统。
（）5、利用彩虹全息图制作的模压全息图是反射型全息图。
（）6、反射型体积全息图，可以利用白光再现，再现象是彩色像。
（）7、空间滤波系统中，在频谱面上放入低通滤波器，可以使像面得到的图像边缘增强。
（）8、复数空间滤波器可采用光学全息或计算全息的方法来制作。
（）9、非相干光学信息处理系统无法实现两幅图像的相关和卷积运算。
（）10、液晶光阀是一种光寻址空间光调制器。
（）填空题1、匹配滤波图像识别系统中，假定基准图像为s(x,y)，s(x,y)的付里叶变换为S(ξ,η)，则匹配空间滤波器的透过率函数H（ξ,η）满足。
2、列举四种二元振幅滤波器：、、。
3、设f(x,y)在ｘ方向的最大空间频率为Ｂｘ，ｙ方向最大空间频率为Ｂｙ，对函数f(x,y)抽样，则抽样间隔△x，△y应满足。
4ｆ相干光信息处理系统中，各透镜的作用是。
5、卷积运算有两种效应，一种是，还有一种就是被卷函数经过卷积运算，其细微结构在一定程度上被消除，函数本身的起伏振荡变得平缓圆滑，这种效应是________________。
6、写出两种光学相关图像识别的方法：、。
7、列举三种计算全息编码方法：、。
8、空间光调制器按寻址类型分类，可分为寻址和寻址两种。
9、的傅里叶变换是。
10、把抽样间隔满足奈奎斯特抽样定理，经过抽样后的图像还原成原图像有两种途径 ，分别为：叙述题１、说明模压全息图的制作过程。
２、彩虹全息照相中使用狭缝的作用是什么？3、讨论在白光光学信息处理系统中，采用何种方法，使该系统既不存在相干噪声，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。
数字全息记录与光学再现
数字全息记录与光学实时再现实验一、实验目的1、理解数字记录、光学记录、数字再现、光学实时再现2、理解计算模拟全息原理，实现数字记录，数字再现3、理解可视数字全息原理，在空间光调制器上加载计算模拟全息图，利用再现光路恢复物信息，实现数字记录，光学再现4、理解实时传统全息实验原理，了解与传统全息之间的异同，通过空间光调制器再现全息图，完成光学记录，光学再现掌握知识点：传统全息术、数字全息、计算模拟全息、菲涅尔衍射、相干光干涉、空间光调制器、光学再现二、实验仪器（详细描述见技术指标）固体激光器(机械调整结构) 一台；空间滤波器组件(显微镜、针孔及机械调整结构) 一套；分光镜两个；可调谐衰减片一个；准直透镜组件一对；CMOS图像探测器一个；透射式液晶空间光调制器一个；注意：重点分析透射式记录光路三、实验原理计算机及CCD技术的发展直接推动了全息技术的革新。
全息术已涉及形貌测量、微小物体检测、数字全息显微、防伪、医学诊断等许多领域。
传统光学全息实验是通过银盐干板或光致聚合物等记录全息图，拍摄过程对环境要求较高，冲洗过程繁琐。
本实验在传统全息术基础上，开发了数字全息、计算模拟全息和光学实时再现等全息技术。
数字全息是用高分辨率CMOS记录全息图，并由计算机对全息图进行数字再现。
计算模拟全息是通过计算机模拟全息图，并通过软件实现数字再现。
光学实时再现是通过再现空间光调制器上的全息图实现的。
通过在实验系统中引入光电成像器件以及数字图像处理技术的应用，对实现光信息专业学生的综合专业技能的培养具有重要意义。
本实验为典型的光信息实验，能全面培养学生的综合实验技能。
实验内容丰富，知识点清晰，实验现象明显。
不但能训练学生动手能力，而且能增强学生分析问题能力。
教师还可根据具体情况，将计算模拟全息作为信息光学课程的演示实验。
图1 光路示意图本实验在传统全息术基础上，根据菲涅尔衍射理论，开发了数字全息、计算模拟全息和光学实时再现等典型全息技术。
信息光学试题及答案
信息光学试题及答案一、选择题1. 光学成像的基本条件是：A. 物距等于像距B. 物距大于像距C. 物距小于像距D. 物距等于两倍焦距2. 光的干涉现象说明光具有：A. 波动性B. 粒子性C. 直线传播性D. 反射性3. 在全息照相中，记录的是：A. 物体的实像B. 物体的虚像C. 物体的像差D. 物体的光强分布二、填空题4. 光的衍射现象表明，光波在遇到障碍物或通过狭缝时，会发生______现象。
5. 光纤通信利用的是光的______原理，可以实现长距离、大容量的信息传输。
三、简答题6. 简述迈克尔逊干涉仪的工作原理。
7. 光学信息处理技术在现代通信中的应用有哪些？四、计算题8. 已知一个凸透镜的焦距为10厘米，物体距离透镜15厘米，求像的性质和位置。
9. 一个光源发出波长为600纳米的光，通过一个双缝干涉装置，求在屏幕上距离中心亮纹1毫米处的条纹间距。
五、论述题10. 论述光学信息存储技术的发展及其对未来信息技术的影响。
参考答案：一、选择题1. D2. A3. D二、填空题4. 衍射5. 总反射三、简答题6. 迈克尔逊干涉仪通过将一束光分成两束，分别照射到两个反射镜上，再反射回来，通过观察两束光的干涉条纹，可以测量光波的波长或物体的微小位移。
7. 光学信息处理技术在现代通信中应用广泛，如光纤通信、光电子器件、光存储技术等，它们提高了信息传输的速度和容量，降低了传输损耗。
四、计算题8. 根据透镜成像公式，1/f = 1/u + 1/v，其中f为焦距，u为物距，v为像距。
代入数据得1/10 = 1/15 + 1/v，解得v = 30厘米，由于v > u，可知成像为倒立、放大的实像。
9. 根据双缝干涉条纹间距公式，Δx = λL/d，其中λ为波长，L为观察屏到双缝的距离，d为双缝间距。
由于题目中未给出L和d，无法直接计算条纹间距。
五、论述题10. 光学信息存储技术，如光盘存储、全息存储等，具有存储密度高、读取速度快、耐用性好等优点。
信息光学教程全书习题及参考答案
理想成像系统、光波在自由空间的传播都具有线性光学系统的性质。 输入函数在输入面上的平移仅对应输出函数在输出面上的相应平移，即系统传输特性满 足线性平移不变的光学系统称为线性不变光学系统。用公式可以表示为：
L{ } a1 f1 (x − x1, y − y1 ) + a2 f 2 (x − x2 , y − y2 ) = a1g1 (ξ − ξ1,η −η1 ) + a2 g 2 (ξ − ξ2 ,η −η2 )
(x,
y)
=
exp( jkd0
jλd0
)∞ ∞
−∞−∞
U0
(x0
,
y0
)exp⎨⎧
⎩
j
k 2d0
(x0 − x)2 + (y0 − y)2
⎫ ⎬dx0dy0 ⎭
∫ ∫ ( ) [ ] U2
(x,
y)
=
exp( jkd1
jλd1
)∞ ∞
−∞−∞
U1
(x1,
y1
)
exp⎢⎡− ⎣
jk 2 f1
x12 + y12
−∞
a
比较以上两式有δ (at) = 1 δ (t) 。 a
（2）
按二维 δ 函数的定义：
∞∞
∫ ∫ δ (x, y)dxdy = 1
−∞ −∞
∞
∞
= ∫ δ (x)dx ∫ δ (y)dy
−∞
−∞
∞
∞
= ab ∫ δ (ax)dx ∫ δ (by)dy
−∞
−∞
∞∞
= ab ∫ ∫ δ (ax,by)dxdy