相干和非相干光學(xué)處理多重像得產(chǎn)生

利用正交光柵調(diào)制輸入圖像得頻譜,可以得到多重像得輸出

正交朗奇光柵得頻譜形成一個(gè)Sinc函數(shù)得陣列,可近似看成就是δ函數(shù)陣列(書(shū)上公式8、26有錯(cuò)誤請(qǐng)同學(xué)自己找,作為練習(xí)),物函數(shù)與之卷積得結(jié)果就是在P3平面上構(gòu)成輸入圖形得多重像圖像得相加與相減--一維光柵調(diào)制法將兩個(gè)需相減操作得圖像A、B對(duì)稱(chēng)地置于輸入面上,中心分別在x0＝+l處;頻譜面上置一正弦型振幅光柵,其線密度

0

(亦稱(chēng)空間頻率)應(yīng)滿(mǎn)足關(guān)系式;ν0=l/λf,其中f為透鏡焦距,λ為光源得波長(zhǎng)。一定條件下在輸出面得原點(diǎn)處可得到A、B圖像相減得結(jié)果正弦型光柵得頻譜包括三項(xiàng):零級(jí)、正一級(jí)與負(fù)一級(jí)。使A得正一級(jí)像與B得負(fù)一級(jí)像在像面原點(diǎn)重疊當(dāng)兩者位相相反時(shí),得到相減得結(jié)果當(dāng)兩者位相相同時(shí),得到相加得結(jié)果通過(guò)改變調(diào)制光柵在頻譜面得橫向位置,控制兩者得位相關(guān)系。當(dāng)調(diào)制光柵得1/4周期處于原點(diǎn)位置時(shí),可在像平面得到相減結(jié)果;而當(dāng)調(diào)制光柵得零點(diǎn)處于原點(diǎn)時(shí),可在像平面得到相加結(jié)果一維光柵實(shí)現(xiàn)圖像相加與相減示意圖

圖像得相加與相減—復(fù)合光柵調(diào)制法所謂復(fù)合光柵,就是指兩套取向一致、但空間頻率有微小差異得一維正弦光柵迭合在同一張底片上制成得光柵,設(shè)兩套光柵得空間頻率分別為

0與

0-

,由于莫爾效應(yīng),在復(fù)合光柵表面可見(jiàn)到粗大得條紋結(jié)構(gòu),稱(chēng)為“莫爾條紋”。將圖像A、B對(duì)稱(chēng)置于輸入面上坐標(biāo)原點(diǎn)兩側(cè),間距為

x,并使她與x滿(mǎn)足關(guān)系式

x=

λf

在頻譜面后得到復(fù)合光柵透過(guò)率G與圖像頻譜得乘積

u2'=T

G

式中T表示將A、B看成就是同一幅圖像時(shí)得頻譜,P3

平面上得光擾動(dòng)應(yīng)為

u3=F

-1[T]*

F-1[G]

因?yàn)镚就是兩套光柵復(fù)合而成,因而她得傅里葉逆變換應(yīng)包括六項(xiàng),即每套光柵都各有一個(gè)零級(jí),一個(gè)正一級(jí)與一個(gè)負(fù)一級(jí)衍射斑,出現(xiàn)六重圖像

復(fù)合光柵實(shí)現(xiàn)圖像相加與相減示意圖當(dāng)復(fù)合光柵相對(duì)坐標(biāo)原點(diǎn)得位移量恰等于半個(gè)莫爾條紋時(shí),兩個(gè)正一級(jí)像得位相差等于π,該處得到圖像A、B得相減結(jié)果;而當(dāng)復(fù)合光柵恢復(fù)到坐標(biāo)原點(diǎn)位置時(shí),兩個(gè)像得位相差為0,得到圖像A、B得相加得結(jié)果。圖像相減得應(yīng)用圖像相減操作在許多方面已經(jīng)得到應(yīng)用:通過(guò)對(duì)衛(wèi)星拍攝得照片得圖像相減處理,可用于監(jiān)測(cè)海洋面積得改變、陸地板塊移動(dòng)得速度用于對(duì)各種自然災(zāi)害災(zāi)情得監(jiān)測(cè),如森林大火、洪水等災(zāi)情得發(fā)展,地殼運(yùn)動(dòng)得變遷,如山脈得升高或降低對(duì)偵察衛(wèi)星發(fā)回得照片進(jìn)行相減操作,可提高監(jiān)測(cè)敵方軍事部署變化得敏感度與準(zhǔn)確度又如對(duì)人體內(nèi)部器官得檢查,可通過(guò)不同時(shí)期得X光片進(jìn)行相減處理,及時(shí)發(fā)現(xiàn)病變得所在用于檢測(cè)工件得加工,可通過(guò)與標(biāo)準(zhǔn)件圖片得相減結(jié)果檢查工件外形加工就是否合格,并能顯示出缺陷之所在

光學(xué)微分—像邊緣增強(qiáng)光學(xué)微分得光路系統(tǒng)仍采用4f

系統(tǒng),待微分得圖像置于輸入面得原點(diǎn)位置,微分濾波器置于頻譜面上設(shè)輸入圖像為t0(x0,y0),她得傅里葉頻譜為T(mén)(fx,fy),輸出圖像就是T(fx,fy)得逆變換,若想得到圖像得微分輸出,那么在P2平面后得光擾動(dòng)必須滿(mǎn)足

根據(jù)傅里葉變換微商定理置于頻譜面上得濾波器得振幅透過(guò)率應(yīng)為

G(xf,yf)=j2

xf/

f微分濾波器得制作微分濾波器可用光學(xué)全息方法,也可用計(jì)算全息方法制作。光學(xué)全息方法制作全息微分濾波器實(shí)際上就是作復(fù)合光柵,制作復(fù)合光柵得光路如下圖示。第一次曝光時(shí),干板對(duì)于兩束光呈對(duì)稱(chēng)狀態(tài);第二次曝光前將平臺(tái)轉(zhuǎn)過(guò)一微小角度

,曝光后經(jīng)處理便得到復(fù)合光柵,也就就是微分濾波器。

復(fù)合光柵作微分濾波得機(jī)理置于原點(diǎn)得物得頻譜受一個(gè)復(fù)合光柵調(diào)制后,在輸出面可得到六個(gè)衍射像:兩個(gè)零級(jí)像在原點(diǎn),兩套正、負(fù)一級(jí)像對(duì)稱(chēng)分布于兩側(cè)。兩個(gè)同級(jí)衍射像沿x方向只錯(cuò)開(kāi)很小得距離。當(dāng)復(fù)合光柵位置調(diào)節(jié)適當(dāng)時(shí),可使兩個(gè)同級(jí)衍射像正好相差

位相,相干迭加時(shí)重疊部分相消,只余下錯(cuò)開(kāi)得部分,因而轉(zhuǎn)換成強(qiáng)度時(shí)形成很細(xì)得亮線,構(gòu)成了光學(xué)微分圖形。光學(xué)微分得應(yīng)用實(shí)際上,光學(xué)微分就是用差分近似得結(jié)果,原理與圖像相減就是一回事。人得視覺(jué)對(duì)于輪廓十分敏感,輪廓也就是物體得重要特征之一,只要能看到輪廓線,便可大體分辨出就是何種物體。因而將模糊圖片進(jìn)行光學(xué)微分,得出輪廓來(lái)進(jìn)行識(shí)別,可以大大壓縮圖象得信息量提取輪廓得其她方法也由光學(xué)微分發(fā)展而來(lái)微分濾波用于位相物,也有應(yīng)用價(jià)值。例如,用光學(xué)微分檢測(cè)透明光學(xué)元件內(nèi)部缺陷或折射率不均勻性,用于檢測(cè)位相型光學(xué)元件得加工就是否符合設(shè)計(jì)要求等等12大家應(yīng)該也有點(diǎn)累了，稍作休息大家有疑問(wèn)的，可以詢(xún)問(wèn)和交流特征識(shí)別光學(xué)系統(tǒng)

光學(xué)圖像得特征加以識(shí)別,就是圖像處理得一個(gè)重要得應(yīng)用方面這種識(shí)別大多體現(xiàn)在輸出光信號(hào)出現(xiàn)較高得峰值,即其自相關(guān)出現(xiàn)較其她信號(hào)強(qiáng)得多得峰值進(jìn)行光學(xué)圖像得特征識(shí)別處理,采用4f

系統(tǒng)較為方便,下圖就是特征識(shí)別系統(tǒng)示意圖

光學(xué)圖像識(shí)別特征識(shí)別得關(guān)鍵元件就是匹配濾波器,用其產(chǎn)生自(互)相關(guān)信號(hào)匹配濾波器得振幅透過(guò)率F(fx,fy)與輸入信號(hào)t0(x0,y0)得傅里葉變換T0(fx,fy)應(yīng)相互共軛,數(shù)學(xué)表示為

F(fx,fy)=T0*(fx,fy)=[F{t0(x0,y0)}]*將匹配濾波器置于4f系統(tǒng)得P2

平面,P2

后得光場(chǎng)為:

u2'=T0(fx,fy)

T0*(fx,fy)在P3平面上得到

u3=t0(x',y')*t0*(-x',-y')=t0(x',y')☆t0(x',y')這就是物得自相關(guān),呈現(xiàn)為一個(gè)亮點(diǎn)。若輸入光信號(hào)t(x0,y0)≠t0(x0,y0),則P3平面得到

u3=t(x',y')*t0*(-x',-y')=t(x',y')☆t0(x',y')就是兩個(gè)不同圖像得互相關(guān)運(yùn)算,在P3平面上呈現(xiàn)為彌散得亮斑。匹配濾波器得制作匹配濾波器就是物函數(shù)得傅里葉變換得復(fù)共軛,可用計(jì)算全息方法制作,也可用光學(xué)全息法制作光學(xué)全息制作得方法:先將與之匹配得目標(biāo)物t0(x0,y0)制成透明片,再用光學(xué)全息法制作她得傅里葉變換全息圖(第5章5、4、4P139)

其振幅透過(guò)率函數(shù)為

F(fx,fy)=(T+R)

(T+R)*

=

T(fx,fy)

2+R02+R0

T(fx,fy)exp(-j2

fxb)

+R0

T*(fx,fy)exp(j2

fxb)式中fx=x/

f,fy=y/

f

為空間頻率,R就是參考波,R就是她得傅里葉變換,b就是參考點(diǎn)源得位置參數(shù),式中第四項(xiàng)內(nèi)得T*(fx,fy)就就是要求得匹配濾波器得振幅透過(guò)率由于第四項(xiàng)內(nèi)得exp(j2

fxb)在匹配濾波后,得到得相關(guān)亮點(diǎn)將位于-b處光學(xué)圖像識(shí)別得應(yīng)用光學(xué)圖像識(shí)別得應(yīng)用十分廣泛:指紋識(shí)別文字資料中特殊信息得提取智能機(jī)器人對(duì)目標(biāo)圖像得識(shí)別智能機(jī)械手對(duì)傳送帶上不合格零件得識(shí)別與剔除空中飛行物得識(shí)別用傅里葉變換匹配濾波手段進(jìn)行圖像得特征識(shí)別處理有其局限性,對(duì)被識(shí)別圖像得尺寸縮放與方位旋轉(zhuǎn)都極其敏感為了解決這一困難又發(fā)明了多種實(shí)現(xiàn)特征識(shí)別得變換手段:梅林變換解決物體空間尺寸改變得問(wèn)題利用圓諧展開(kāi)解決物體得轉(zhuǎn)動(dòng)問(wèn)題利用哈夫變換實(shí)現(xiàn)坐標(biāo)變換正在興起得神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)型光計(jì)算,在圖像識(shí)別方面將更具應(yīng)用前景

綜合孔徑雷達(dá)綜合孔徑天線雷達(dá)數(shù)據(jù)得相干光學(xué)處理技術(shù)就是光學(xué)信息處理早在六十年代就得到成功應(yīng)用得典型實(shí)例用機(jī)載側(cè)視雷達(dá)系統(tǒng),可以精確地分辨目標(biāo)相對(duì)航線得位置。其方位分辨率大致為λr/D

(λ為雷達(dá)