信息光学基础复习
信息光学重点总结
1.什么是脉冲响应函数？其物理意义是什么？脉冲响应函数(Impulse Response Function)也叫点扩散函数(Point-Spread Function),其表达式为：)},({),;,(1122ηξδηξ--=y x y x F h ，表示在光学系统输入平面式位于ηξ==y x 11,点的单位脉冲（点光源），通过系统以后在输出平面上),(22y x 点得到的分布，它是输入输出平面上坐标的四元函数。
脉冲响应函数表征光学成像系统的成像质量好坏，对于一般的成像系统，由于其存在相差且通光孔径有限，输入平面上的一点（有δ函数表示）通过系统后，在输出平面上不是形成一个像点，而是扩散成一个弥散的斑，这也就是为什么把脉冲响应函数称为点扩散函数的原因。
换句话说，如果没有相差且通光孔径无限大（没有信息散失，物空间的信息完全传递到像空间），则在像平面上即得到和物平面上完全一样的点。
2.什么是传递函数？其物理意义是什么？在线性空间不变系统中，我们把系统的脉冲响应函数的傅里叶变换叫做该系统的传递函数，即：)},({),(y x h F H f f y x =，它表示系统在频域中对信号的传递能力。
传递函数和脉冲响应函数都是用来描述线性空间不变系统对输入信号的变换作用，两种方法是等效的。
只不过脉冲响应函数是在空域中描述，而传递函数是在频域中对系统传递信号能力的描述。
3.什么是线性系统？什么是线性空间不变系统？有哪些性质？ 若系统对一线性组合信号的响应等于单个响应的同样的线性组合，则该系统就是线性系统。
用数学表达式表示如下：)},({),()},({),(1112211122y x f a y x g a y x f y x g i n i i i n i i i i F F ∑∑====，其中),(11y x f i 代表对系统的激励，),(22y x g i 代表系统相应的响应，a i是任意复常数。
线性空间不变系统是线性系统的一个子类，它表示若输入信号在空间发生了平移，则输出信号也发生相应的位置平移。
信息光学07-抽样定理
§1.4 抽样定理
1、函数的抽样
将连续函数g(x,y)在间隔为X和Y的分立的空间 点上抽样, 就是与梳函数相乘的过程.抽样后的 函数系列用gs(x,y)表达: x y g s(x ,y ) comb comb g(x ,y ) X Y 上式表明,抽样后的函数gs(x,y)由间距分别为X和 Y 的d 函数阵列构成, 每个d 函数下的体积正比于该 点的函数值.
g nX,m Y
n m sinc2 Bx x- n gx, y g , 2B 2B 2B n m x y x
m sinc2 By y 2 B y
原函数在分立点上的抽样值
插值函数
插值:由抽样点函数值计算非抽样点函数值
§1.4 抽样定理 抽样和还原的图示
g(x) x 0
comb(x/X)
gs(x) x 0 F.T. Gs(fx)
.
0
x =
X<1/(2Bx)
?
F.T. rect(fx/2Bx) F.T. G(fx)
F.T. G(fx) fx
F.T. Xcomb(Xfx)
此理想低通滤波器的频率 特性为频域中的门函数
Gs(fx)
-Bx 0 Bx
1/X
fx
§1.4 抽样定理 2、原函数的复原
理想低通滤波
fx 用频域中宽度2Bx和2By的位于原 H f x ,f y rect 2B 点的矩形函数作为滤波函数: x fy rect 2B y
函数不可能在空域和频域都被限制在某一范围内.只要 信号存在于有限的时空范围,就会有所有的频率分量. 严格的限带函数在物理上是不存在的.
中科大研究生信息光学复习题
信息光学习题问答题1.傅里叶变换透镜和普通成像透镜的区别。
答：普通透镜要求共轭面无像差，为此要消除各种像差。
由几何关系可计算平行光入射在透镜后焦面得到的像高h f /cosu，因为sin u sin uh f tgu f f ,cosu cosu傅里叶变换透镜频谱面上能够获得有线性特征的位置与空间频率关系h f 。
普通透镜和傅里叶透镜对平行光输入在后焦面上光点的位置差y ftgu f sinu - fu3称频谱畸变。
2普通透镜只有在u很小时才符合傅里叶变换透镜的要求。
要专门设计消除球差和慧差，适当保留畸变以抵消频谱畸变。
2.相干光光学处理和非相干光光学处理的优缺点。
答：非相干光处理系统是强度的线性系统，满足强度叠加原理。
相干光信息处理满足复振幅叠加原理。
因为复振幅是复数，因此有可能完成加、减、乘、除、微分、积分等多种运算和傅里叶变换等。
在非相干光学系统中，光强只能取正值。
信息处理手段要少。
相干光学信息处理的缺点：（1）相干噪声和散斑噪声。
相干噪声：来源于灰尘、气泡、擦痕、指印、霉斑的衍射。
产生杂乱条纹，对图像叠加噪声散斑噪声：激光照射漫反射物体时（生物样品，或表面粗糙样品），物体表面各点反射光在空间相遇发生干涉，由于表面的无规则性，这种干涉也是无规则的，物体表面显出麻麻点点。
（2）输入输出问题相干光信息处理要求信息以复振幅形式在系统内传输，要制作透明片和激光照明。
而现代电光转换设备中CRT,液晶显示，LED输出均为非相干信号。
（3）激光为单色光，原则上只能处理单色光，不能处理彩色图像。
非相干光处理最大优越性是能够抑制噪声。
3.菲涅耳衍射和夫琅和费衍射的区别与联系。
按照近似程度的不同，衍射场的计算可分（1）菲涅尔衍射 -------- 观察屏离衍射物不太远（2）夫琅和费衍射 ------- 光源与观察屏距屏都相当于无穷远当满足菲涅耳衍射的充分条件3 1 2 2 2Z -（X X。
）（y y。
）max8时U(x,y) eXP^ U o(X0,y o)exp〔jk 区凶冷山〕dx o dy。
苏州大学光信息处理(信息光学)期末复习题解
1、不对，光束在透过墨点是会产生衍射，各个方向的衍射光使得原来的平行光场 发生改变。 2、白色。在外层，各衍射级的位置将随波长变化，波长越长，其位置距衍射斑中 心越远，从而按波长分布顺序形成彩虹颜色，波长最长的红色在同级衍射分量的最 外端。
1、不是，输出面获得的频谱是物的频谱与滤波函数的乘积。 2、在频域中，透镜上的尘埃包含的是高频信息。针孔的作用可视为低通滤波器， 低频光束通过，高频杂光滤除。 3、 4、异：匹配滤波相关器是通过在频谱面放置匹配滤波器以实现物函数频谱与物函 数共轭频谱相乘，对应于空域相关。优缺点：需要制备滤波器，且对应于不同图像 的识别，要制备不同透过率函数的滤波器。干扰小，结果明显。 联合变换相关器是采用两个物函数在频谱面干涉方法实现频谱共轭相乘。优缺点： 系统灵活性好，无须复杂的滤波器制造。其干扰大。 同：都是采用空域相关到频域相乘再到空域卷积的方法，即都是基于傅里叶光学。 5、相干光学处理特点与局限性：传递和处理的基本物理量是光场的复振幅，采用 傅里叶变换语言描述来信息的传递，因此可在其频谱面上作滤波处理。可完成加减 乘除、卷积相关、微分等运算。缺点是相干噪声和散斑噪声比较严重、对光源的相 干性要求较高、只能处理透明物体等。 非相干光学处理的特点与局限性：传递和处理的基本物理量是光的强度，只能处理 非负的实函数。但其没有相干噪声、对尘埃或元件表面的划痕缺陷也不敏感、采用 扩展光源还可获得更多的信息传输通道。 白光光学处理的特点与局限性：采用微小光源尺寸提高空间相干性、光栅色散提高 时间相干性，既吸收了相干光学处理的优点，又吸收了非相干光学处理的优点（无 相干噪声、系统造价低），特别适合处理彩色图像。 6、光栅的作用 光栅具有衍射的作用，能对入射光波施加周期性的振幅和位相的空间调制。在非相 干成像系统中，余弦型振幅光栅可完成对系统光学传递函数的测量。 光栅具有编码的作用。在图像相减的过程中，光栅在空域编码中起着对像进行编码 的作用。 光栅具有滤波的作用。在正弦光栅滤波器相减的方法中，从空域来看，光栅滤波系 统提供了一对大小相等、相位相反，但空间位置不同的两个脉冲响应。 光栅具有抽样调制的功能。在白光光学处理中，通常在输入面放置光栅来提高时间 相关性。 补充： 1、 菲涅耳衍射的传递函数。 2、傍轴近似下球面波的形式。
《信息光学》简单重点及题目
一、选择题（每题2分，共40分）1．三角函数可以用来表示光瞳为________________的非相干成像系统的光学传递函数。
A 、矩形B 、圆孔C 、其它形状2．Sinc 函数常用来描述________________的夫琅和费衍射图样A 、圆孔B 、矩形和狭缝C 、其它形状3．高斯函数)](exp[22y x +-π常用来描述激光器发出的________________A 、平行光束B 、高斯光束C 、其它光束4．圆域函数Circ(r)常用来表示________________的透过率A 、圆孔B 、矩孔C 、方孔5．卷积运算是描述线性空间不变系统________________的基本运算A 、输出-输入关系B 、输入-输出关系C 、其它关系6．相关（包括自相关和互相关）常用来比较两个物理信号的________________A 、相似程度B 、不同程度C 、其它关系7．卷积运算有两种效应，一种是展宽，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________________A 、锐化B 、平滑化C 、其它8互相关是两个信号之间存在多少相似性的量度。
两个完全不同的，毫无关系的信号，对所有位置，它们互相关的结果应该为________________A 、0B 、无穷大C 、其它9．周期函数随着其周期逐渐增大，频率（即谱线间隔）________________。
当函数周期变为无穷大，实质上变为非周期函数，基频趋于零A ．愈来愈小B 、愈来愈大C 、不变14．函数rect(x)rect(y)的傅立叶变换为________________A 、),(y x f f δB 、1C 、)(sin )(sin y x f c f c16．一个 空间 脉冲 在输入平面位移，线性系统的响应函数形式不变 ，只产生相应的位移，这样的系统称为________________A、时不变系统B、空间不变系统或位移不变系统C、其它系统17．线性空间不变系统的脉冲响应的傅立叶变换称为系统的________________。
信息光学重点总结范文
信息光学重点总结范文信息光学是一门研究信息传输和处理的光学学科。
它结合了光学和信息科学的理论与技术，主要研究光信号的产生、传输、处理和检测等方面的问题。
信息光学是现代通信、计算机、图像处理等领域的基础和核心技术之一。
本文将以信息光学的重点内容为线索，总结信息光学的主要研究方向和应用。
首先，光信息传输是信息光学的基础研究方向之一。
光作为一种高速、稳定的信号传输载体，具有宽带、抗干扰、低损耗等优点，被广泛应用于通信、存储和处理等领域。
在光信息传输中，光纤通信技术是最重要的应用之一。
通过光纤，光信号可以在长距离传输过程中保持较低的衰减和失真。
在光纤通信系统中，涉及到激光器、调制器、调制解调器、光纤传输线路等关键技术。
另外，光传感器是光信息传输的重要组成部分，它可以将光信号转化为电信号，实现光与电的转换。
通过光信息传输技术，可以实现高速、大容量的数据传输和广域网的建立。
其次，光信息处理是信息光学的关键研究方向之一。
光信息处理是一种利用光的干涉、衍射、散射、吸收等特性进行信号处理和计算的技术。
光的信息处理可以实现光学图像识别、光学中心处理、光学变换、光学显示等功能。
其中，光学图像识别是光信息处理的重要应用之一。
光学图像识别可以通过光的衍射特性实现对图像的复原和识别。
光学图像识别可以应用于图像处理、医学图像识别、遥感图像分析等领域。
另外，光学变换是光信息处理的核心内容之一。
光学变换可以实现对光信号的调制、解调、滤波、编码等功能。
光学变换技术可以应用于光通信、光存储、光计算等领域。
最后，信息光学在实际应用中具有广泛的应用价值。
信息光学的研究成果在通信、计算机和图像处理等领域都有重要的应用。
在通信领域，信息光学技术可以实现高速、大容量的数据传输，提高数据通信的速度和质量。
在计算机领域，信息光学技术可以实现光计算和光存储，提高计算机的运算速度和存储容量。
在图像处理领域，信息光学技术可以实现图像的增强、压缩、识别等功能，提高图像处理的效率和质量。
中科大研究生信息光学复习题
信息光学习题问答题1.傅里叶变换透镜和普通成像透镜的区别。
答： 普通透镜 要求共轭面无像差，为此要消除各种像差。
由几何关系可计算平行光入射在透镜后焦面得到的像高，因为u f h cos /ηλ=。
λ=ηλη==⋅=uu f u u ftgu f h sin ,cos cos sin 傅里叶变换透镜频谱面上能够获得有线性特征的位置与空间频率关系。
ηλ=f h 普通透镜和傅里叶透镜对平行光输入在后焦面上光点的位置差称频谱畸变。
321sin 'fu u f ftgu y ≈-=∆普通透镜只有在u 很小时才符合傅里叶变换透镜的要求。
要专门设计消除球差和慧差，适当保留畸变以抵消频谱畸变。
2.相干光光学处理和非相干光光学处理的优缺点。
答：非相干光处理系统是强度的线性系统，满足强度叠加原理。
相干光信息处理满足复振幅叠加原理。
因为复振幅是复数，因此有可能完成加、减、乘、除、微分、积分等多种运算和傅里叶变换等。
在非相干光学系统中，光强只能取正值。
信息处理手段要少。
相干光学信息处理的缺点：（1）相干噪声和散斑噪声。
相干噪声：来源于灰尘、气泡、擦痕、指印、霉斑的衍射。
产生杂乱条纹，对图像叠加噪声。
散斑噪声：激光照射漫反射物体时（生物样品，或表面粗糙样品），物体表面各点反射光在空间相遇发生干涉，由于表面的无规则性，这种干涉也是无规则的，物体表面显出麻麻点点。
（2）输入输出问题相干光信息处理要求信息以复振幅形式在系统内传输，要制作透明片和激光照明。
而现代电光转换设备中CRT ，液晶显示，LED 输出均为非相干信号。
（3）激光为单色光，原则上只能处理单色光，不能处理彩色图像。
非相干光处理最大优越性是能够抑制噪声。
3.菲涅耳衍射和夫琅和费衍射的区别与联系。
按照近似程度的不同，衍射场的计算可分（1）菲涅尔衍射―――――观察屏离衍射物不太远（2）夫琅和费衍射―――――光源与观察屏距屏都相当于无穷远当满足菲涅耳衍射的充分条件[]2max20203)()(81y y x x z -+->>λ时)](2exp[*),()exp(12z)()(jk exp )y ,x (z j jkz)exp )y x,(220002020000y x zkj y x U jkz z j dy dx y y x x U U +λ-+-λ=⎰⎰∞∞＝〔（－可近似为000202000022)(2exp )(2exp ),()(2exp )exp(1),(dy dx y y x x z j y x z k j y x U y x z k j jkz z j y x U ⎥⎦⎤⎢⎣⎡+λπ-⨯⎥⎦⎤⎢⎣⎡+⨯⎥⎦⎤⎢⎣⎡+λ=⎰⎰∞∞-z 增大到可略去，即⎥⎦⎤⎢⎣⎡+z y x jk 2exp 2020π<<+λπ22)(2max2020z y x 或max 2020)(21y x z +λ>>该范围内的衍射为夫琅和费衍射{})y ,x (U )zy x jk exp(z j )jkz exp(dy dx )y y x x (z j exp )y ,x (U )z y x jk exp(z j )jkz exp()y ,x (U 00020000000222222F +λ=⎥⎦⎤⎢⎣⎡+λπ-+λ=⎰⎰∞∞-观察面上的场分布正比于孔径面上出射场的傅里叶变换。
信息光学复习(2)
（6）互相关定理
（7）傅里叶积分定理 在g的各个连续点上，
FT FT 1g x, y FT 1FT g x, y g x, y
说明：对一个函数相继进行傅立叶变 换和逆变换，会重新得到原函数．
（8）迭次傅里叶定理
则像平面上得到的分布为
g x, y L f x, y L f f x , f y d x f x , y f y dfx df y f f x , f y L d x f x , y f y dfx df y f x, y * h x, y
系统的传递函数
设频谱在频域的带宽为 2Bx ，如下图。
Fs f
Bx
Bx
频谱混叠的坏处：很难用滤波的 方法从 F f 中分离出 Fs f ，再 由 F f 恢复出原函数。
1O 1 2 2 x x x x
f
频谱混叠图例
为了使周期性重复的频谱不相 互重叠（即频谱岛不混叠）， 抽样间隔必须满足：
在科学技术及工程问题中，一些参量的变化 在整个区间内无法用一般的代数函数描述， 必须分区间定义，因此引入一些特殊的函数。
step( ) tir( ) circ( )
sign( ) sinc( ) d( )
rect( ) Gaus( ) comb( )
在光学系统的成像、干涉、衍射中，上面这 些函数经常用于表示光学系统。
一.阶跃函数 (step Function)
1 0 x
stepx x0
1
0
相当于一个开关。
x0
x
二.符号函数（Sign function）
sgn( x)
信息光学重点总结讲解学习
信息光学重占总结八、、'LL、—口1. 什么是脉冲响应函数？其物理意义是什么？脉冲响应函数（Impulse Response Functior也叫点扩散函数（Point-Spread Function）,其表达式为：h（x2, y2；，） F{ / , y1）}，表示在光学系统输入平面式位于X1,y1点的单位脉冲（点光源），通过系统以后在输出平面上（X2V2）点得到的分布，它是输入输出平面上坐标的四元函数。
脉冲响应函数表征光学成像系统的成像质量好坏，对于一般的成像系统，由于其存在相差且通光孔径有限，输入平面上的一点（有函数表示）通过系统后，在输出平面上不是形成一个像点，而是扩散成一个弥散的斑，这也就是为什么把脉冲响应函数称为点扩散函数的原因。
换句话说，如果没有相差且通光孔径无限大（没有信息散失，物空间的信息完全传递到像空间），则在像平面上即得到和物平面上完全一样的点。
2. 什么是传递函数？其物理意义是什么？在线性空间不变系统中，我们把系统的脉冲响应函数的傅里叶变换叫做该系统的传递函数，即：H（f , f ） F{h（x, y）}，它表示系统在频域中对信号的传x y递能力。
传递函数和脉冲响应函数都是用来描述线性空间不变系统对输入信号的变换作用，两种方法是等效的。
只不过脉冲响应函数是在空域中描述，而传递函数是在频域中对系统传递信号能力的描述。
3. 什么是线性系统？什么是线性空间不变系统？有哪些性质？若系统对一线性组合信号的响应等于单个响应的同样的线性组合，则该系统就是线性系统。
用数学表达式表示如下：g i （X 2, y 2）代表系统相应的响应，a i是任意复常数 线性空间不变系统是线性系统的一个子类，它表示若输入信号在空间发生了 平移，则输出信号也发生相应的位置平移。
对于成像系统来说，若物函数分布 不变，仅在物平面上发生一位移，则对应的像函数形式不变，也只是在像平面 上有一个相应的位移。
线性空间不变系统的性质：（1） 等晕性。
信息光学中的光学学基础理论及方法
信息光学中的光学学基础理论及方法信息光学是在光学基础理论和方法的基础上，运用信息科学与技术的原理和方法，研究和应用光与信息的相互作用规律的学科。
它涉及了光学、物理学、电子学、计算机科学等多个学科的交叉与融合，对于现代通信、图像处理、光电技术等领域具有重要意义。
本文将介绍信息光学中的光学学基础理论及方法。
一、光的波动性和粒子性光的波动性和粒子性是信息光学的基础理论之一。
光可以被看作是由电磁波构成的，具有特定的频率和波长。
这种波动性使得光能够传播和传递信息。
同时，光也具有粒子性，可以看作是由光子组成的粒子流，每个光子携带一定量的能量。
这种粒子性在信息光学中被应用于光信号的量子化和光电子器件的设计中。
二、光的干涉与衍射干涉和衍射是光学学中的重要概念。
干涉是指两个或多个光波相遇时产生的干涉效应，可以用来实现光的相乘运算、滤波等功能。
衍射是指光波遇到障碍物时发生的扩散现象，可以用来实现光的传播和分布控制。
在信息光学中，利用干涉和衍射的原理，可以实现光的编码、解码、传输和存储等操作。
三、光的调制与调制技术光的调制是指改变光的若干参数，如强度、相位、频率等，以实现光信号的调控和传输。
调制技术是信息光学中的核心方法之一。
常用的调制技术包括电光调制、声光调制、相位调制等。
通过对光信号进行调制，可以实现光的波长分割、多路复用、时分复用等功能，从而提高信息传输的速度和效率。
四、光的成像与图像处理光的成像和图像处理是信息光学中的关键内容。
通过利用光的成像原理和图像处理技术，可以实现对图像的获取、传输、显示和识别等操作。
常用的光学成像方法包括透镜成像、衍射成像、干涉成像等。
而图像处理技术涉及图像的数字化、编码、压缩、增强等内容。
光学成像与图像处理的发展促进了现代电视、摄影、医学影像等领域的发展。
五、光的传输与光纤通信光的传输是信息光学中的重要应用之一。
光传输指的是利用光波进行信息传播的过程。
而光纤通信是一种将光信号通过光纤进行传输的通信方式，具有带宽大、传输距离远、抗干扰性强等优点。