第19讲 相干和非相干光学处理.ppt
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1、光学信息技术原理及应用光学信息技术原理及应用相干与非相干光学处理相干与非相干光学处理(十九十九)相干光学信息处理相干光学信息处理 相相干干光光学学信信息息处处理理采采用用的的方方法法多多为为频频域域调调制制,即即对对输输入入光光信信号号的的频频谱进行复空间滤波,得到所需要的输出谱进行复空间滤波,得到所需要的输出 相相干干光光学学信信息息处处理理系系统统的的结结构构是是根根据据具具体体的的图图像像处处理理要要求求而而定定的的,这这里里只只介介绍绍最最基基本本的的一一种种。由由于于相相干干处处理理是是在在频频域域进进行行调调制制,通通常常采用三透镜系统采用三透镜系统 输出平面上将得到输入图像与滤波
2、器逆变换的卷积输出平面上将得到输入图像与滤波器逆变换的卷积 u u 3 3=F=F-1-1 T T(f fx x,f fy y)F F(f fx x,f fy y)=F=F-1-1 T T(f fx x,f fy y)*F F-1-1 F F(f fx x,f fy y)=t t(xx,yy)*f f(xx,yy)式中式中 f f(xx,yy)=F=F-1-1 F F(f fx x,f fy y)多重像的产生多重像的产生 利用正交光栅调制输入图像的频谱,可以得到多重像的输出利用正交光栅调制输入图像的频谱,可以得到多重像的输出 正交正交朗奇朗奇光栅的频谱形成一个光栅的频谱形成一个Sinc函数的阵
3、列,可近似看成是函数的阵列,可近似看成是函数阵列(书上公式函数阵列(书上公式8.268.26有错误请同学自己找,作为练习),物有错误请同学自己找,作为练习),物函数与之卷积的结果是在函数与之卷积的结果是在P P3 3平面上构成输入图形的多重像平面上构成输入图形的多重像图像的相加和相减图像的相加和相减-一维光栅调制法一维光栅调制法 将将两两个个需需相相减减操操作作的的图图像像A A、B B对对称称地地置置于于输输入入面面上上,中中心心分分别别在在x x0 0+l l处处;频频谱谱面面上上置置一一正正弦弦型型振振幅幅光光栅栅,其其线线密密度度 0 0 (亦亦称称空空间间频频率率)应应满满足足关关系
4、系式式;0 0 =l l/ff,其其中中f f为为透透镜镜焦焦距距,为为光光源源的的波波长长。一一定定条条件件下下在在输输出出面面的的原原点点处处可可得得到到A A、B B图图像像相减的结果相减的结果正弦型光栅的频谱包括三项:零级、正一级和负一级。正弦型光栅的频谱包括三项:零级、正一级和负一级。使使A A的正一级像与的正一级像与B B的负一级像在像面原点重叠的负一级像在像面原点重叠 当两者位相相反时,得到相减的结果当两者位相相反时,得到相减的结果 当两者位相相同时,得到相加的结果当两者位相相同时,得到相加的结果通通过过改改变变调调制制光光栅栅在在频频谱谱面面的的横横向向位位置置,控控制制两两者
5、者的的位位相相关关系系。当当调调制制光光栅栅的的1/41/4周周期期处处于于原原点点位位置置时时,可可在在像像平平面面得得到到相相减减结结果;而当调制光栅的零点处于原点时,可在像平面得到相加结果果;而当调制光栅的零点处于原点时,可在像平面得到相加结果一维光栅实现图像相加和相减示意图一维光栅实现图像相加和相减示意图 图像的相加和相减图像的相加和相减复合光栅调制法复合光栅调制法所所谓谓复复合合光光栅栅,是是指指两两套套取取向向一一致致、但但空空间间频频率率有有微微小小差差异异的的一一维维正正弦弦光光栅栅迭迭合合在在同同一一张张底底片片上上制制成成的的光光栅栅,设设两两套套光光栅栅的的空空间间频频率
6、率分分别别为为 0 0和和 0 0-,由由于于莫莫尔尔效效应应,在在复复合合光光栅栅表表面面可可见见到到粗粗大大的的条条纹纹结结构构,称称为为“莫莫尔尔条条纹纹”。将将图图像像A A、B B对对称称置置于于输输入入面面上上坐标原点两侧,间距为坐标原点两侧,间距为 x x,并使它与,并使它与x x满足关系式满足关系式 x=x=ff 在频谱面后得到复合光栅透过率在频谱面后得到复合光栅透过率G G与图像频谱的乘积与图像频谱的乘积 u u 2 2=T T G G 式式中中T T表表示示将将A A、B B看看成成是是同同一一幅幅图图像像时时的的频频谱谱,P P3 3 平平面面上上的的光光扰动应为扰动应为
7、 u u 3 3=F=F -1-1 T T*F F-1-1 G G 因因为为G G是是两两套套光光栅栅复复合合而而成成,因因而而它它的的傅傅里里叶叶逆逆变变换换应应包包括括六六项项,即即每每套套光光栅栅都都各各有有一一个个零零级级,一一个个正正一一级级和和一一个个负负一一级级衍衍射射斑斑,出现六重图像出现六重图像 复合光栅实现图像相加和相减示意图复合光栅实现图像相加和相减示意图当复合光栅相对坐当复合光栅相对坐标原点的位移量恰标原点的位移量恰等于半个莫尔条纹等于半个莫尔条纹时,两个正一级像时,两个正一级像的位相差等于的位相差等于,该处得到图像该处得到图像A、B的相减结果;而的相减结果;而当复合光
8、栅恢复到当复合光栅恢复到坐标原点位置时,坐标原点位置时,两个像的位相差为两个像的位相差为0,得到图像,得到图像A、B的相加的结果的相加的结果。图像相减的图像相减的应用应用图像相减操作在许多方面已经得到应用:图像相减操作在许多方面已经得到应用:通通过过对对卫卫星星拍拍摄摄的的照照片片的的图图像像相相减减处处理理,可可用用于于监监测测海海洋洋面面积积的的改改变变、陆地板块移动的速度陆地板块移动的速度用用于于对对各各种种自自然然灾灾害害灾灾情情的的监监测测,如如森森林林大大火火、洪洪水水等等灾灾情情的的发发展展,地壳运动的变迁,如山脉的升高或降低地壳运动的变迁,如山脉的升高或降低对对侦侦察察卫卫星星
9、发发回回的的照照片片进进行行相相减减操操作作,可可提提高高监监测测敌敌方方军军事事部部署署变变化化的敏感度和准确度的敏感度和准确度又又如如对对人人体体内内部部器器官官的的检检查查,可可通通过过不不同同时时期期的的X X 光光片片进进行行相相减减处处理理,及时发现病变的所在及时发现病变的所在用用于于检检测测工工件件的的加加工工,可可通通过过与与标标准准件件图图片片的的相相减减结结果果检检查查工工件件外外形形加工是否合格,并能显示出缺陷之所在加工是否合格,并能显示出缺陷之所在光学微分光学微分像边缘增强像边缘增强 光学微分的光路系统仍采用光学微分的光路系统仍采用4 4f f 系统,待微分的图像置于输
10、入面的系统,待微分的图像置于输入面的原点位置,微分滤波器置于频谱面上原点位置,微分滤波器置于频谱面上设设输输入入图图像像为为t t0 0(x x0 0,y y0 0),它它的的傅傅里里叶叶频频谱谱为为T T(f fx x,f fy y),输输出出图图像像是是T T(f fx x,f fy y)的的逆逆变变换换,若若想想得得到到图图像像的的微微分分输输出出,那那么么在在P2平面后的光扰动必须满足平面后的光扰动必须满足 根据傅里叶变换微商定理根据傅里叶变换微商定理置于频谱面上的滤波器的振幅透过率应为置于频谱面上的滤波器的振幅透过率应为 G G(x xf f,y yf f)=j2j2 x xf f/
11、f f 微分滤波器的制作微分滤波器的制作微分滤波器可用光学全息方法,也可用计算全息方法制作。微分滤波器可用光学全息方法,也可用计算全息方法制作。光学全息方法制作全息微分滤波器实际上是作复合光栅,制作复合光学全息方法制作全息微分滤波器实际上是作复合光栅,制作复合光栅的光路如下图示。光栅的光路如下图示。第一次曝光时,干板对于两束光呈对称状态;第二次曝光前将平第一次曝光时,干板对于两束光呈对称状态;第二次曝光前将平台转过一微小角度台转过一微小角度,曝光后经处理便得到复合光栅,也就是微,曝光后经处理便得到复合光栅,也就是微分滤波器。分滤波器。复合光栅作微分滤波的机理复合光栅作微分滤波的机理 置于原点的
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- 第19讲 相干和非相干光学处理 19 相干 光学 处理
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