傅里叶变换光学基本原理讲座 第六讲 空间滤波和光信息处理

一、相干光学图象处理系统(4F系统) 正如第五讲所述,用夫琅和费衍射来实现图象的频谱分解,最重要的意义是为空间滤波创造了条件.由于衍射场就是屏函数的傅里叶频谱面,空间频率(fx,fy)与衍射场点位置(ξ,η)一一对应,使得人们可以从改变频谱入手来改造图象,进行信息处理.为此设计了图6.1所示的图象处理系统. 在此系统中,两个透镜L1,L2成共焦组合,L1的前焦面(x,y)为物平面O,图象由此输入.L2的后焦面(x’,y’)为象平面Ⅰ,图象在此输出.共焦平面(ξ,η)称为变换平面T,在此可以安插各种性能的空间滤波器. 当平行光照射物平面时,整个OTI系统是…     

平面与平行面平板的成象理论

在应用光学和光学仪器理论等著作中[1,2],并未给出同心光束在平面上折射成象的焦散曲面方程,因而对折射成象的全貌不能有系统的完善的了解.本文从几何光学基本定律出发,导出同心光束在平面上折射成象的焦散曲面方程,并给出物象平面变换的矩阵表示式.对不同情况下的焦散曲面、放大率及象散差等进行了讨论,从而对平面及平行面平板的成象问题获得了较为完善的理论结果. 一、焦散曲线方程 在给定的直角坐标系xoy中,光束的方程可以表示为参数式: y=A(i)x B(i),(1.1)其中(x,y)为光线上动点的坐标,A(i)和B(i)为参数i的函数.对于给定的i,式(1.1)给…     

相衬显微镜与泽尔尼克

一、相衬显微镜的基本原理及应用1.基本原理 相衬显微技术的关键是把人眼无法直接观察到的位相变化转变为可以直接观察到的强度变化.设位相物体是透明度很高的物体,光波通过该物体后,只改变波的位相,波振幅不变.把该物体放在透镜的物平面上,由于位相物体各部分的光学厚度不同,其复振幅透射系数可写为 f(x,y)=exp[1](1)式中(x,y)为该位相物体的位相分布函数.在透镜的后焦平面(即频谱面)上,f(x,y)的傅里叶变换为(2)式中u=x/λf,υ=y/λf是频谱面上的坐标,也是二维空间函数f(x,y)沿x方向和y方向的空间频率;f为透镜焦距.λ为入射光波K.在应用相…     

基于遗传算法的FIR数字滤波

采用非递归方法，FIR滤波的输出y(n)只与输入x(n)有关，其差分方程式为其中，h(k)为单位脉冲响应。假定输入信号x(n)的理想输出信号为y0(n)，则FR滤波的目的是确定h(k)，使得y(n)最接近y0(n)，这里将遗传算法(Genetic Algorithm，简称GA)用于优化h(k)，使得滤波输出信号成为输入信号的最佳估计。     

新型平面集成光学相关器设计与分析

基于微光学与二元光学技术,设计了一种新型的平面折叠式光学相关器,将相关器中组成4f系统的傅里叶变换透镜、全息匹配滤波器、输入面和输出集成到一个平面器件上,与另一平面偏振反射镜构成一个反射型的平面光学系统.讨论了相关器的系统结构设计、系统参数的设计,给出了具体的设计模型,计算出其体积可减小至约12 cm3.利用菲涅耳衍射数值模拟方法对系统的图像识别过程进行了仿真,得到了良好的相关输出结果,证实平面集成光学相关器具有很好的识别性能.     

光学信息处理讲座第十一讲 相干光学反馈技术

电子学中的反馈技术在光学领域中的引入,给光学信息处理带来了灵活性.本文着重讨论相干光学反馈系统. 相干光学反馈的基本原理:在系统输出端取出部分二维输出信号,将其与输入信号叠加后,重新输入系统,并对其二维空间频谱进行调制,得到一个非线性的、可变的系统传递函数. 实现相干光学反馈技术的光学系统有多种形式,其中主要包括二反射镜型反馈系统[1]、四反射镜型环形反馈系统[2]、平行平板型法布里-拍罗干涉仪反馈系统[3]和共焦球面型反馈系统等[4]. 一、二反射镜型反馈系统[4] 二反射镜型反馈系统是在常规的相干光处理系统(4f系统)的基础…     

国外光学与光电子学的新进展(Ⅸ)——光学双稳性

<正> 严格地说,如果一个系统在某一输入值区间中的同一输入光强值上有两个稳态输出光强,那么就称该系统呈光学双稳性。八十年代以来对光学双稳性有了更宽的解释,它包含了某些工作条件下呈现双稳性的非线性光学系统的全部稳态和暂态特性。光学双稳性的专题会议和该题材的教科书都涉及到双稳态系统物理学的许多方面,包括非稳性(在恒定输入下的暂态现象)和光学开关(以光控制光)。     

光滞回线的演示

光滞回线是基于光学双稳态(或多态)的一种非线性光学现象。光学双稳态就是在特定情况下,一个光学系统有两种可能的光强输出(I_出)对应着一个光强输入(I_入),而真正输出究竟取二者之中的哪一个,则由输入的历史背景决定,如图1所示。由图1可见,此种光学系统的光强特性曲线与某些磁介体的磁化曲线——磁滞回线很相似,故称光滞回线(optical hysteresis curve)。不难想象,具有这种特征的光学系统必然会与磁介体一样,有着广阔的应用前景。事实上,这种系统正是全光学信息处理系统以及全光学计算机中不可缺少的器件。本文将介绍H.Y.Zhang等人(A.J.P.Vol.58,№     

单量子点在双脉冲激发下偏振光子发射的统计特性

用产生函数(generating function)方法对单个半导体量子点系统在外加双脉冲场作用下发射偏振(x偏振和y偏振)光子的统计性质进行了研究. 研究结果表明,量子相干对单量子点系统的吸收线型、Mandel参数Q与x偏振光子和y偏振光子之间的高阶交叉关联具有显著的影响. 关键词： 量子点 三能级体系 产生函数 双脉冲     

光学信息处理讲座 第六讲 光学Mellin变换

以傅里叶光学为基础的相干光处理器,能够进行微分、积分、卷积和相关等多种模拟运算.这种运算的实现,是利用一个理想的薄的正透镜的前后焦平面互为傅里叶变换关系进行的.函数f(x,y)的傅里叶变换F(u,v)定义为用傅里叶透镜组成的相干光处理系统,主要通过正逆傅里叶变换和空间滤波来完成多种运算的.同电子计算机比较,它具有信息容量大,计算速度快两大优点.但是,这种光学处理系统只能解决那些空间平移不变的物理问题,也就是只能解决在数学上用这种卷积积分描述的问题.这是因为设叶G(u,叶,F(。,。)和0(。,。)分别是g(X,y),八X,叫和h(X,y)的傅…     

三个二进制输入双通道输出的光学并行逻辑运算

本文利用一种光学投影系统实现了具有三个二进制输入、双通道输出的光学并行逻辑运算。利用我们的方法可以实现三个二进制输入的所有256种布尔逻辑运算,由于是双通道输出,还可以方便地得到全加器输出结果。最后,本文还提出了一种实现输入图形实时编码的光学系统。     

电场强度的微分

一、电场强度微分的物理意义 从数学上我们知道: 函数f(x,y)的偏微分为: 现在我们来说明函数微分的物理意义。注意到(1)式的微分是对标量函数而进行的,所以对向量场必须进行向量分解。例如电场强度E,在直角坐标系就必须分解成平行x轴的Ex和垂道x轴的Ey。然后分别微分。我们以点电荷的电场强度为例进行说明。 设一正点电荷+q位于直角坐标系的原点0,它在场点(x,y)所产生的电场强度的两个分量为Ex、Ey。Ey在y=常数的直线上的变化曲线如图1中的曲线①所示。根据(1)式有:由上式可知:△x为Ey曲线上相距△x的两场值之差。如图1中的曲线③所示。…     

关于开式谐振腔振荡模的角分布

激光器件输出的角分布(或“输出的方向性”、或“输出光束的发散角”)是一个十分重要的参量.它关系到激光的某些十分重要的应用.为了达到改善方向性的目的,有必要对目前常用的几种谐振腔的角分布特性作一个大致的了解.为此,对平行平面谐振腔和球面共焦谐振腔的角分布作一个初步的探讨. 一、问题的公式化 为叙述简便,只讨论一个方形(或矩形)反射面的谐振腔经分离变量后的二维问题. 表征谐振腔性质及其规律的,是谐振腔的本征方程[1]:其中X(x、x')是积分核,它基本上决定了谐振腔的性质.对于不同形式的谐振腔它是不同的.谐振腔内存在着很多的振…     

线性参数估计中一个值得注意的问题

测量量(x_i,y_i)满足一定条件的线性函数 y=α+βx (1)的最小二乘参数估计值为■的方差为 其中(?)=1/n sum from 1 to n(x_i),(?)=1/n sum from 1 to n(y_i),σ~2=D(y_i)。普通物理实验的数据处理中有很多这类问题。测量量(x‘,y‘)满足一定条件的线性函数最佳估计量,应改用下式计算y=a+刀x(1)万 乙(y‘一a)x‘一1(5)戈乙1的最小二乘参数估计值为 a=y一刀x(2)D(少(6) X.名i声干(劣一劣)(y‘一y)名(x。一x)“(3)从数学上看,(3)式与(5)式的差刀的方差为 D(刀) az名(x‘一x)2别仅在于解正规方程(4)。a+名二‘刀==兄夕‘习x‘a+习x蓄刀=习x‘…     

透镜付氏变换的推导

我们知道,如果在光源的象面上接收衍射场,则无论衍射屏是放在透镜前面还是透镜后面,都是现出夫琅和费衍射的强度分布,并且,在傍轴条件下,象面上的复振幅分布均可表示为 (1)式中,C为与场点无关的复常数,t(x,y)为衍射屏的屏函数,它的空间频率(fx,fy)与场点坐标(x′,y′)有一一对应关系:　(1)式中的二次相因子　(x′,y′)及频谱缩放比1取决于光源、衍射屏及接收屏之间的相对位置. 一般叙述Fourier光学的书籍,在导出(1)式及相应的　(x′,y′)及l时,所用的方法比较麻烦[1][2],在资料[3]、[4]中用了较方便而且概念清晰的物理光学方法,导出了衍射…     

光学信息处理讲座第五讲 光学普遍变换

一、引 言 光学信息处理是一门交叉学科,它是光学和信息论相结合的产物.光学信息处理的基本依据之一是基于透镜的傅里叶变换作用:一个理想的薄透镜的前后焦平面上的光场分布互为傅里叶变换[1].利用透镜的这个特性,可以进行各种模拟数学运算:例如频谱分析、加、减、乘、除、微分、积分、相关、卷积等 利用透镜进行傅里叶变换的方法虽然有许多优点,但也存在着很大的局限性.例如,有许多二维函数对其傅里叶频谱进行空间滤波,效果不好,与傅里叶变换相联系的卷积和相关定理,仅能适用于线性空间不变的光学系统,而更大量的光学系统的点扩展函数是空…     

统计光学中图像恢复的最大熵法

1引言 光学系统成像的统计恢复是统计光学的一个分支.之所以对输出图像进行估值恢复是由于从光学系统的输出端得到的数据是由输入端的物图像与进入系统的随机噪声共同造成的.     

感应电动势的相对性

关于电磁感应现象的相对性,已有不少讨论.当我们深入到一个闭合线圈的感应电动势的定量变换时,如果忽视了同时概念的相对性,就容易得出不正确的结论来[1].本文试图通过具体的例子来阐明这一点. 首先,为了避免同时概念的相对性带来的麻烦,设一平面闭合线圈固定在惯性系Σ'的x'=a平面内,该线圈相对于另一惯性系Σ,则是以匀速v垂直于四面沿x轴正向行进着.若Σ系里原有稳恒磁场B=B(x,y,z),由于运动线圈切割B线,线圈内产生的电动势 它将促使运动线圈的电量重新分布,从而又相应形成电场E;为简化讨论,假定它沿着线圈的环流为零,即这时,线圈内的电…     

用雅可俾函数行列式指导热力学关系

一 、引言1.在本文提出的方法中要用到: 1.雅可俾函数行列式的三个主要性质[1]。设 x=x(u,v) y=y(u,v) u=u(s, t)v=v(s, t)雅可俾函数行列式定义为J的性质如下:令 2.对化学性质没有变化的均匀系,有下面四个麦克斯韦关系[2] 二、方法和例证 1、在热力学关系中只含有体系状态参量T、p、V、S时,首先将偏微分关系写成雅可俾函数行列式的形式,然后乘以D(x,y)/D(x,y),而其中变量(x,y)对绝热过程是o,V)或…。p)对共他过程是(T,D戍iT,P｝。最后利用雅可饶函数行列式的性质和麦克斯韦莱系,即可得到所需要的热力学关系。、_、;_-。。 例如,我们要…     

物理过程微机演示的基本方法(二)

(接上期)六、扫描-迭代法 在扫描-循迹法中,y是靠逐点试算,然后加以比较得出的.现在我们不采取逐点试算的操作,而是以y0为初值,用迭代操作求方程的近似根来定出y.这构成了一个新的生成系列点的方法──扫描-迭代法. 扫描操作为上节所述.在x轴方向直接有y轴方向如何用迭代操作定出y呢?从数学上讲,先将F(x,y)=0化为y=H(x,y)的形式,如果在待定的y附近总有H/y<1(注意,此处x为常参量)的话,那么用初值y=y0代入H求出y,再将此y值重新代入H再求出y,重复上述操作,如此迭代,最后y将收敛于F(x0+1,y)=0的根.迭代本身用赋值语句便可进行,收敛判据y—H(x…