信息光學重點總結

1、優(yōu)秀教案歡迎下載1.什么是脈沖響應函數(shù)？其物理意義是什么？脈沖響應函數(shù)impulseresponse function 也叫點擴散函數(shù)point-spreadfunction, 其表達 式 為 ：h x2 , y2 ;,f x1, y1 ， 表 示 在 光 學 系 統(tǒng) 輸 入 平 面 式 位 于x1, y1點的單位脈沖（點光源），通過系統(tǒng)以后在輸出平面上 x2 , y2 點得到的分布，它是輸入輸出平面上坐標的四元函數(shù)；脈沖響應函數(shù)表征光學成像系統(tǒng)的成像質量好壞，對于一般的成像系統(tǒng)，由于其存在相差且通光孔徑有限，輸入平面上的一點 （有函數(shù)表示）通過系統(tǒng)后， 在輸出平面上不是形成一個像點，而是擴散

2、成一個彌散的斑，這也就是為什么把脈沖響應函數(shù)稱為點擴散函數(shù)的緣由；換句話說， 假如沒有相差且通光孔徑無限大（沒有信息散失，物空間的信息完全傳遞到像空間），就在像平面上即得到和物平面上完全一樣的點；2.什么是傳遞函數(shù)？其物理意義是什么？在線性空間不變系統(tǒng)中，我們把系統(tǒng)的脈沖響應函數(shù)的傅里葉變換叫做該系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，即：h fx , f y f hx, y，它表示系統(tǒng)在頻域中對信號的傳遞才能；傳遞函數(shù)和脈沖響應函數(shù)都是用來描述線性空間不變系統(tǒng)對輸入信號的變換作用，兩種方法是等效的；只不過脈沖響應函數(shù)是在空域中描述，而傳遞函數(shù)是在頻域中對系統(tǒng)傳遞信號才能的描述；3.什么是線性系統(tǒng)？什么是線性空間不變

3、系統(tǒng)？有哪些性質？如系統(tǒng)對一線性組合信號的響應等于單個響應的同樣的線性組合，就該系統(tǒng)就是線性系 統(tǒng) ； 用 數(shù) 學 表 達 式 表 示 如 下 ：gi x2 , y2 nf f,x1yi1n， 其 中ai gi x2 , y2 i 1f aii 1,x1yfi11f i x1 , y 代表對系統(tǒng)的鼓勵，gi x2 , y2 代表系統(tǒng)相應的響應，是任意復常數(shù)；ai線性空間不變系統(tǒng)是線性系統(tǒng)的一個子類，它表示如輸入信號在空間發(fā)生了平移，就輸出信號也發(fā)生相應的位置平移；對于成像系統(tǒng)來說，如物函數(shù)分布不變，僅在物平面上發(fā)生一位移，就對應的像函數(shù)形式不變，也只是在像平面上有一個相應的位移；線性空間不變系

4、統(tǒng)的性質：（1）等暈性；h x2 , y2 ;,f x1, y1h x2, y2 ，當點光源在物場中移動時，其像斑只轉變位置，而不轉變其函數(shù)形式；（2）脈沖響應函數(shù)h 即可完全描述線性空間不變系統(tǒng)的性質；g x2 ,y2f x2 , y2 h x2 , y2 ，對于線性空間不變系統(tǒng)，輸出函數(shù)可以表示為輸入函數(shù)與系統(tǒng)脈沖響應在輸出平面上的一個二維卷積；（3）傅 里 葉變 換 形式 簡潔 ；對 于 線性 空 間不 變系 統(tǒng)， 脈 沖響 應 函數(shù) 的傅 里葉 變 換h fx , ff h x, y可以用來描述系統(tǒng)在頻域內對輸入信號的變換作用，我們稱其為y系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，其對線性空間不變系統(tǒng)的理論和求

5、解運算都有重要的意義；優(yōu)秀教案歡迎下載4.透鏡在傅里葉光學中的作用？透鏡是光學成像系統(tǒng)和光學信息處理系統(tǒng)中最基本的元件；透鏡的作用有：（1）透鏡起到位相調制作用；透鏡對入射光的位相變換作用是由透鏡本身的性質打算的， 而與入射光的復振幅無關；（2）透鏡起到傅里葉變換作用；這是透鏡在傅里葉光學中最重要的作用，用透鏡實現(xiàn)傅里葉變換，主要有兩種途徑：一種是采納平行光照明，在透鏡的后焦面上觀看到物的頻譜（除一個位相因子外） ；另一種是點光源照明衍射屏時，無論衍射屏位于透鏡前仍是透鏡后，在點光源的像平面上將得到衍射屏函數(shù)的傅里葉變換譜；（3）透鏡起到限制通光孔徑的作用；實際透鏡的大小都是有限的，透鏡孔徑除

6、了限制入射光束從而影響出射光通量外，仍對形成傅里葉頻譜產(chǎn)生影響，并影響最終成像質量；5.什么是 ctf和 otf ？二者有何異同？ctf 是衍射受限相干成像系統(tǒng)的傳遞函數(shù)（coherent transfer function ），它表示系統(tǒng)實際輸出像的頻譜函數(shù)gi f x , f 與抱負像的頻譜函數(shù)ygg f x , 之間的比值關系：fyfh c f x ,y gi f g g fx , f y ；yx , fotf 是非相干成像系統(tǒng)的光學傳遞函數(shù)（ optical transfer function ），它反映了非相干成像系統(tǒng)傳遞信息的頻率特性；其表達式為：h o fy'x , fg

7、ii f gig fx , fy；x , f y 'ctf 和 otf 都是描述系統(tǒng)對信息的傳遞特性，它們均反映系統(tǒng)本身的屬性，都與輸入物函數(shù)的詳細形式無關；所不同的是ctf 描述是相干成像系統(tǒng)，此系統(tǒng)是光場復振幅變換的線性空間不變系統(tǒng)；而otf 描述的是非相干成像系統(tǒng)，該系統(tǒng)對光強度是線性空間不變系統(tǒng)；而且光學傳遞函數(shù)等于相干傳遞函數(shù)的歸一化自相關；fh 0 f x ,y *h c, h c h c ,fx2dd d dfy6.什么是匹配空間濾波器？空間濾波是在頻譜面上放置濾波器，以轉變或提取某些頻段的振幅或相位，進而轉變輸出像的信息；假如有一透亮圖片，其振幅透過率為h1 , y ，

8、令其傅里葉變換頻譜為*x1h f x , ；如有一空間濾波器，其振幅透過率為fyh fx , f ，其中 * 表示復共軛，就y稱該濾波器為上述透亮圖片h1 , y 的匹配濾波器；x17.聯(lián)合變換相關識別的原理是什么？優(yōu)秀教案歡迎下載如下列圖，在輸入平面p1 上對稱于光軸兩側并排放著待識別的目標圖像和參考圖像， 輸入函數(shù)可記為二者之和，經(jīng)透鏡l1 進行傅里葉變化，在l1 后焦面（即聯(lián)合頻譜面）上得到二者的聯(lián)合功率譜，對于聯(lián)合頻譜面上的聯(lián)合功率譜再進行一次傅里葉變換，在線性記錄條件下，忽視透射率函數(shù)中的勻稱偏置和比例常說，就經(jīng)透鏡l2 進行傅里葉逆變換后，在 l2 的后焦面（相關輸出面）上得到四項

9、，其中第一二項分別是目標圖像和待識別圖像的自相關， 均位于輸出平面中心，它們不是信號； 第三項和第四項是目標圖像與待識別圖像的 相互關信號， 正是我們尋求的相關輸出信號，我們適當選取兩幅圖像的間隔距離，就能把相關輸出信號從其他項中分別出來；8.什么是菲涅爾衍射？什么是夫朗和費衍射？二者有什么異同？對于最普遍的標量衍射理論，我們得到基爾霍夫衍射公式，在初步近似處理時，我們假設（ 1）孔徑與觀看平面之間的距離遠大于孔徑的最大限度；（ 2）只考慮在觀看平面上ze軸鄰近的一個有限小區(qū)域（近軸近似），由此我們得到：y0u 0 x0 ,1jzu1 x1, y1ik r01 dx1 d y1菲涅爾近似是是在

10、以上公式中用z x0x 2 y102z2y1近似代表觀看點與衍射點之間的距離r 01 ，由此得到的衍射公式便是菲涅爾衍射公式，相應近似成立的區(qū)域成為菲涅爾衍射區(qū)；夫朗和費近似是采納比菲涅爾近似更嚴格的限制條件，即令k22z x12y1 max1，這個近似成立的區(qū)域成為夫朗和費衍射區(qū)，相應的衍射稱為夫朗和費衍射；夫朗和費衍射和菲涅爾衍射都是對基爾霍夫衍射的近似，只是二者近似程度不同而已； 夫朗和費衍射包含在菲涅爾衍射范疇之內，夫朗和費衍射是采納比菲涅爾衍射更苛刻的限制條件，所以凡是能用來運算菲涅爾衍射的公式都能用來運算夫朗和費衍射；9.光學傅里葉變換的作用與意義我們把本已討論的特別成熟、理論完備

11、的通信系統(tǒng)理論與方法帶入了光學系統(tǒng)，而正是傅里葉光學使得這種保留與引入是有價值的；傅里葉光學給我們供應了一種新的討論光學系優(yōu)秀教案歡迎下載統(tǒng)與光學成像的觀點，使得我們可以從頻譜或者頻域的角度去討論光學系統(tǒng)，而這正是傅里葉光學帶來的最大影響；空間濾波和相干或非相干光學信息處理也由于頻譜或頻域概念的引入變得更便利和更有價值；可以說傅里葉光學促進了圖像科學、應用光學和光纖通信的進展； .10.4f 系統(tǒng)是如何實現(xiàn)空間濾波的？4f系統(tǒng)是一種典型的空間頻率濾波系統(tǒng)，是相干光學信息處理中一種最簡潔的處理方式，它利用了透鏡的傅里葉變換特性，把透鏡作為一個頻譜分析儀，并在其頻譜面上插入適當?shù)臑V波器，借以轉變物的頻譜，從而使物圖像得到改善；由相干點源s 發(fā)出的單色球面波經(jīng)透鏡lc（圖中未畫出）準直為平面波，垂直