光信息處理教學(xué)大綱

1、光信息處理課程教學(xué)大綱課程代碼：090641002課程英文名稱：Optical information processing課程總學(xué)時(shí)：48 講課： 48 實(shí)驗(yàn)： 0 上機(jī)： 0適用專業(yè)：光電信息科學(xué)與工程大綱編寫（修訂）時(shí)間：2017.10一、大綱使用說(shuō)明（一）課程的地位及教學(xué)目標(biāo)光信息處理技術(shù)是光學(xué)、計(jì)算機(jī)和信息科學(xué)相結(jié)合而發(fā)展起來(lái)的一門新的光學(xué)技術(shù)，是信息科學(xué)的一個(gè)重要組成部分，也是現(xiàn)代光學(xué)的核心。是光電信息科學(xué)與工程專業(yè)學(xué)生的專業(yè)課程。通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生將達(dá)到以下要求：1 掌握光信息處理的基本原理、方法和光路設(shè)計(jì)的一般規(guī)律，具有設(shè)計(jì)光信息處理系統(tǒng)初步能力；2了解光信息處理技術(shù)的新發(fā)

2、展。（二）知識(shí)、能力及技能方面的基本要求在這門課程的教學(xué)過(guò)程中，首先讓學(xué)生掌握有關(guān)光信息科學(xué)的基本理論，然后講授一些重要的光學(xué)信息處理技術(shù)的主要原理，并結(jié)合這些技術(shù)在實(shí)際生產(chǎn)生活中的應(yīng)用，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣， 使學(xué)生了解光信息處理技術(shù)在應(yīng)用領(lǐng)域的研究與開發(fā)思想。通過(guò)這門課的學(xué)習(xí)，使學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中逐步增長(zhǎng)知識(shí)和增強(qiáng)能力，并在以后的學(xué)習(xí)和研究中能應(yīng)用這些知識(shí)和能力解決實(shí)際問(wèn)題。（三）實(shí)施說(shuō)明1 教學(xué)方法：課堂講授中要重點(diǎn)對(duì)基本概念、基本方法和解題思路的講解；采用啟發(fā)式教學(xué)， 培養(yǎng)學(xué)生思考問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力；引導(dǎo)和鼓勵(lì)學(xué)生通過(guò)實(shí)踐和自學(xué)獲取知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力；增加討論課，調(diào)動(dòng)學(xué)生

3、學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性；注意培養(yǎng)學(xué)生提高利用標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范及手冊(cè)等技術(shù)資料的能力。講課要聯(lián)系實(shí)際并注重培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。2教學(xué)手段：本課程屬于技術(shù)基礎(chǔ)課，在教學(xué)中采用電子教案、CAI 課件及多媒體教學(xué)系統(tǒng)等先進(jìn)教學(xué)手段，以確保在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)，全面、高質(zhì)量地完成課程教學(xué)任務(wù)。（四）對(duì)先修課的要求本課程的教學(xué)必須在完成先修課程之后進(jìn)行。本課程主要的先修課程有：大學(xué)物理，高等數(shù)學(xué)，應(yīng)用光學(xué)。（五）對(duì)習(xí)題課、實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的要求1 對(duì)重點(diǎn)、難點(diǎn)章節(jié)（如：二維線性系統(tǒng)分析等）應(yīng)安排習(xí)題課，例題的選擇以培養(yǎng)學(xué)生消化和鞏固所學(xué)知識(shí)，用以解決實(shí)際問(wèn)題為目的。2課后作業(yè)要少而精，內(nèi)容要多樣化，根據(jù)教材內(nèi)容選擇習(xí)題，習(xí)題的選取

4、應(yīng)體現(xiàn)相應(yīng)的教學(xué)內(nèi)容的基本概念、基本結(jié)論、基本計(jì)算方法及應(yīng)用。作業(yè)要能起到鞏固理論，掌握計(jì)算方法和技巧，提高分析問(wèn)題、解決問(wèn)題能力，熟悉標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范等的作用，對(duì)作業(yè)中的重點(diǎn)、難點(diǎn)，課上應(yīng)做必要的提示，并適當(dāng)安排課內(nèi)講評(píng)作業(yè)。學(xué)生必須獨(dú)立、按時(shí)完成課外習(xí)題和作業(yè)，作業(yè)的完成情況應(yīng)作為評(píng)定課程成績(jī)的一部分。3 本課程的課程設(shè)計(jì)單獨(dú)設(shè)課，單獨(dú)考核，具體要求參見相應(yīng)的課程設(shè)計(jì)教學(xué)大綱。（六）課程考核方式1 .考核方式：考試2 .考核目標(biāo)：在考核學(xué)生對(duì)光信息處理基本知識(shí)、基本原理和方法的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)考核學(xué) 生的分析能力、計(jì)算能力、光學(xué)設(shè)計(jì)能力。3 .成績(jī)構(gòu)成：本課程的總成績(jī)主要由兩部分組成：平時(shí)成績(jī)（包括

5、作業(yè)情況、出勤情況等）占20%期末考試成績(jī)占 80%平時(shí)成績(jī)由任課教師視具體情況按百分制給出；期末考試閉卷筆試成績(jī)按百分制給出；（七）主要參考書目：信息光學(xué)，蘇顯渝等編，科學(xué)出版社， 1999.9傅立葉光學(xué)，呂乃光編，機(jī)械工業(yè)出版社，2006.3傅里葉光學(xué)導(dǎo)論，顧得門編，科學(xué)出版社， 2006.9光學(xué)全息及信息處理，于美文編，國(guó)防工業(yè)出版社 ，1984.6近代光學(xué)信息處理，宋菲君編，北京大學(xué)出版社，1998.4二、中文摘要光學(xué)信息處理是用光學(xué)的方法實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入信息的各種變換或處理，是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一門新興學(xué)科，它以全息術(shù)、光學(xué)傳遞函數(shù)和激光技術(shù)為基礎(chǔ)，透鏡的傅里葉變換效應(yīng)是光學(xué)信息處 理的理論

6、核心。光學(xué)信息處理技術(shù)具有高度并行性和大容量的特點(diǎn)，已經(jīng)成為信息科學(xué)的一個(gè)重要分支，在許多領(lǐng)域進(jìn)入了實(shí)用階段。本課程是光電信息科學(xué)與工程專業(yè)主干技術(shù)基礎(chǔ)課程，課程主要內(nèi)容包括：二維線性系統(tǒng)分析、光學(xué)全息與計(jì)算全息、相干光信息處理系統(tǒng)、非相干光信 息處理系統(tǒng)等。三、課程學(xué)時(shí)總體分配表序號(hào)教學(xué)內(nèi)容學(xué)時(shí)講課實(shí)驗(yàn)上機(jī)1二維線性系統(tǒng)分析1010001.1常用非初等函數(shù)1.2二維傅里葉變換、卷積、相關(guān)1.3傅里葉變換性質(zhì)、定理1.4線性系統(tǒng)1.5二維光場(chǎng)分析2光學(xué)全息1010002.1光學(xué)全息概述2.2波前記錄、波前再現(xiàn)2.3菲涅耳全息圖2.4傅里葉變換全息、相面全息2.5彩虹全息、體積全息、模壓全息3計(jì)

7、算全息66003.1抽樣定理3.2計(jì)算全息編碼3.3計(jì)算全息制作及應(yīng)用4空間光濾波器66004.1空間濾波基本原理4.2空間濾波器應(yīng)用4.3空間光調(diào)制器介紹5相干光學(xué)信息處理技術(shù)1010005.1多重像廣生、圖像相減5.2全息法制作復(fù)數(shù)濾波器5.3匹配濾波、圖像識(shí)別5.4圖像消模糊、圖像邊緣增強(qiáng)5.5合成孔徑雷達(dá)、照相膠片6非相干光學(xué)信息處理技術(shù)44006.1圖像相乘、積分、相關(guān)、卷積6.2白光信息處理7期末總結(jié)、習(xí)題2200總計(jì)484800四、教學(xué)內(nèi)容及基本要求第1部分二維線性系統(tǒng)分析總學(xué)時(shí)（單位：學(xué)時(shí)）:10講課:10 實(shí)驗(yàn):0上機(jī):0第1.1部分 常用非初等函數(shù)具體內(nèi)容：1）掌握常用的非

8、初等函數(shù)極其特征參數(shù)的實(shí)際涵義；2）掌握8函數(shù)的不同定義形式及其性質(zhì)：第1.2部分二維傅里葉變換、卷積、相關(guān)具體內(nèi)容：1）掌握卷積、相關(guān)的概念及其性質(zhì)；2）掌握二維傅里葉變換定義及存在條件3）掌握廣義傅里葉變換定義第1.3部分傅里葉變換性質(zhì)、定理具體內(nèi)容1）掌握傅里葉變換的基本性質(zhì)2）掌握傅里葉變換的基本定理第1.4部分線性系統(tǒng)具體內(nèi)容1）掌握線性系統(tǒng)、線性平移不變系統(tǒng)定義2）掌握線性平移不變系統(tǒng)的傳遞函數(shù)定義3）掌握線性平移不變系統(tǒng)的本征函數(shù)定義第1.5部分二維光場(chǎng)分析具體內(nèi)容1）掌握單色光波場(chǎng)的復(fù)振幅表示2）掌握球面波、平面波、平面波的空間頻率定義3）掌握菲涅耳衍射、夫瑯禾費(fèi)衍射定義4）掌

9、握透鏡的傅里葉變換性質(zhì)重 點(diǎn)：掌握傅立葉變換的基本性質(zhì)及其有關(guān)定理的應(yīng)用；掌握平面光波、球面光波的數(shù)學(xué)模型。難 點(diǎn)：卷積、相關(guān)的概念及其性質(zhì)；傅立葉變換的基本性質(zhì)及其有關(guān)定理習(xí) 題：卷積、相關(guān)、傅立葉變換、線性空不變系統(tǒng)、菲涅耳衍射、弗朗和費(fèi)衍射第 2 部分 光學(xué)全息總學(xué)時(shí) （單位：學(xué)時(shí)）:10 講課 :10 實(shí)驗(yàn) :0 上機(jī) :0第2.1 部分光學(xué)全息概述第2.2 部分波前記錄、波前再現(xiàn)具體內(nèi)容1 ）掌握波前記錄、波前再現(xiàn)原理2）掌握全息圖的基本類型3）掌握同軸全息、離軸全息、基元全息原理第 2.3 部分 菲涅耳全息圖具體內(nèi)容1 ）掌握點(diǎn)源全息圖的記錄和再現(xiàn)2）幾種特殊情況的討論第 2.4

10、部分 傅里葉變換全息、相面全息具體內(nèi)容1 ）掌握傅里葉變換全息圖的記錄與再現(xiàn)2）掌握像全息的制作3）掌握色模糊原理第 2.5 部分 彩虹全息、體積全息、模壓全息具體內(nèi)容1 ）掌握二步彩虹全息制作過(guò)程2）掌握一步彩虹全息制作過(guò)程3）掌握彩虹全息的色模糊4）掌握透射體積全息、反射體積全息記錄再現(xiàn)原理5）掌握模壓全息復(fù)制過(guò)程重 點(diǎn)：光學(xué)全息的記錄與再現(xiàn)原理；全息贗像概念及其應(yīng)用難點(diǎn)：光學(xué)全息的記錄與再現(xiàn)原理；各種光學(xué)全息圖原理習(xí)題：菲涅耳全息、像面全息、彩虹全息第 3 部分 計(jì)算全息總學(xué)時(shí) （單位：學(xué)時(shí)）:6 講課 :6 實(shí)驗(yàn) :0 上機(jī) :0第 3.1 部分抽樣定理具體內(nèi)容1 ）掌握函數(shù)的抽樣原理

11、2）掌握函數(shù)的還原原理3）掌握空間帶寬積定義第 3.2 部分計(jì)算全息編碼具體內(nèi)容1 ）掌握迂回相位編碼方法2）掌握修正離軸參考光的編碼方法3）掌握二元脈沖密度編碼方法第 3.3 部分計(jì)算全息制作及應(yīng)用具體內(nèi)容1 ）掌握計(jì)算傅里葉變換全息制作2）掌握計(jì)算像面全息制作3）掌握計(jì)算全息的應(yīng)用重 點(diǎn)：計(jì)算全息中常用光信息編碼技術(shù)；常用編碼方法的設(shè)計(jì)思想、設(shè)計(jì)參數(shù)、設(shè)計(jì)目的難點(diǎn)：計(jì)算全息的常用算法習(xí)題：抽樣定理、計(jì)算全息第 4 部分 空間光濾波器總學(xué)時(shí) （單位：學(xué)時(shí)）:6 講課 :6 實(shí)驗(yàn) :0 上機(jī) :0第 4.1 部分 空間濾波基本原理具體內(nèi)容1 ）掌握阿貝成像理論2）掌握空間濾波傅里葉分析第 4.

12、2 部分 空間濾波器應(yīng)用具體內(nèi)容1 ）掌握策尼克相稱顯微鏡應(yīng)用2）掌握微分濾波器應(yīng)用第 4.3 部分 空間光調(diào)制器介紹具體內(nèi)容1 ）掌握液晶光閥原理2）掌握磁光空間光調(diào)制器原理3）掌握數(shù)字微反鏡原理重 點(diǎn)：空間濾波器概念、分類及其相應(yīng)制作方法；空間濾波器的頻譜分析方法及其典型應(yīng)用難點(diǎn)：空間濾波器的頻譜分析方法及其典型應(yīng)用習(xí)題：空間濾波器設(shè)計(jì)第 5 部分 相干光學(xué)信息處理技術(shù)總學(xué)時(shí) （單位：學(xué)時(shí)）:10 講課 :10 實(shí)驗(yàn) :0 上機(jī) :0第 5.1 部分多重像產(chǎn)生、圖像相減具體內(nèi)容1 ）掌握多重像產(chǎn)生方法2）掌握空域編碼頻域解碼圖像相減方法3）掌握正弦光柵濾波器圖像相減方法第 5.2 部分全息

13、法制作復(fù)數(shù)濾波器具體內(nèi)容1 ）掌握振幅濾波器、相位濾波器、復(fù)數(shù)濾波器概念2）掌握利用全息法制作復(fù)數(shù)濾波器第 5.3 部分匹配濾波、圖像識(shí)別具體內(nèi)容2 )掌握匹配濾波圖像識(shí)別方法2)掌握聯(lián)合變換相關(guān)圖像識(shí)別方法第 5.4 部分圖像消模糊、圖像邊緣增強(qiáng)具體內(nèi)容3 )掌握利用逆濾波法圖像復(fù)原2)掌握利用維納濾波圖像復(fù)原3)掌握?qǐng)D像邊緣增強(qiáng)方法第 5.5 部分合成孔徑雷達(dá)、照相膠片具體內(nèi)容4 )掌握合成孔徑概念2)掌握航向信息的記錄過(guò)程重 點(diǎn)：相干光圖像加法器、減法器技術(shù)、圖像識(shí)別技術(shù)、圖像消模糊技術(shù).難點(diǎn)：相干光學(xué)處理的概念和光學(xué)處理的主要方法及其主要特征習(xí)題：相干光學(xué)處理技術(shù)第 6 部分 非相干光學(xué)信息處理技術(shù)總學(xué)時(shí) (單位：學(xué)時(shí)):4 講課 :4 實(shí)驗(yàn) :0 上機(jī) :0第 6.1 部分 圖像相乘、積分、相關(guān)、卷積具體內(nèi)容5 )掌握相干與非相干信息處理異同6 )掌握非相干信息處理系統(tǒng)噪聲抑制原理7 )掌握非相干光圖像乘法器