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…     

YG算法设计分数傅里叶变换衍射光学光束整形器件

针对分数傅里叶变换衍射光学光束整形器件,比较了按离散点与按菲涅耳积分计算得到的变换矩阵间的差距,从中分析得出按离散点计算的变换矩阵引入的离散化误差与分数傅里叶变换系统参数的关系.模拟计算结果表明,该离散化误差不能忽略.为了在输出面上得到真实的光强分布,应采用菲涅耳积分计算其变换矩阵.鉴于该变换矩阵非幺正,本文利用YG算法进行了光束整形器件的设计.     

基于Matlab的二维正交网格夫琅禾费衍射场模拟分析

二维正交网格夫琅禾费衍射场的计算较为复杂,衍射过程抽象,利用Matlab软件对其进行模拟分析,以便整体掌握二维正交网格衍射场的分布特点.用于夫琅禾费衍射的二维正交网格相当于两块黑白光栅的正交密接,其屏函数为二者之积.夫琅禾费衍射场能准确地实现屏函数的傅里叶变换,其中空间频率与场点坐标满足确定的替换关系,进而可计算出衍射场的光强分布.利用傅里叶变换的基本理论与Matlab软件计算模拟二维正交网格的夫琅禾费衍射场的频率域光强分布,分析光学参数变化对衍射场的影响,加深对光衍射及傅里叶变换理论的理解与掌握,为该领域的研究人员提供相应的理论与技术借鉴.     

新型航空镜间快门对光学传递函数的影响分析

光学传递函数是评价光学系统成像质量的重要指标。基于为数字航空摄影相机设计的一种新型航空镜间快门的工作特性,镜间快门在控制曝光过程中改变了相机光学系统的光瞳形状,意味着点扩展函数的改变,从而改变了光学系统的传递函数。将光学系统视为一个空间频率的滤波器,以傅里叶积分变换和光的标量衍射理论为基础,将孔径光阑的变化过程与光瞳函数建立关系,应用二次傅里叶变换法得到光学传递函数,分析快门在工作周期内对光学传递函数的影响。通过对计算结果与测量结果的对比分析可知,传递函数的最大绝对误差为0.196,最大相对误差为-0.274,有较好的准确度和重复性,并且缩小镜间快门开始和关闭阶段所用时间占整个曝光时间的比例,可以提高系统的综合传递函数,为中心快门的优化设计提供理论依据。     

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…     

镍晶格中的晶格格林函数

在含缺陷体系的模拟中，格林函数作为一种重要的多尺度耦合方法，可以将缺陷产生的局域应变场和长程应力场耦合起来.在镍基高温合金蠕变的初期阶段，位错主要分布在基体相中，通过格林函数的多尺度桥接模式，可得到基体相中位错芯的平衡构型，为位错-杂质复合体间相互作用提供计算基础.基于晶格动力学理论和声子谱计算中的力常数矩阵，通过第一布里渊区特殊k点取样以及傅里叶变换，计算完整镍晶格中晶格格林函数，可用于镍基材料的多尺度模拟计算.     

d''''Alembert方程的含时Green函数和推迟势

运用傅里叶变换、留数定理求解了达朗贝尔方程的标势格林函数和矢势格林函数，给出了达朗贝尔方程特解的格林函数法求解过程。     

基于LabVIEW的阿贝4F系统成像实验的仿真设计

利用LabVIEW软件设计了在阿贝4F系统成像过程中的各个环节,利用生成的二维光栅作为物面图像,之后利用傅里叶变换得到频谱,再通过滤波器对频谱信息进行处理,最后通过傅里叶逆变换得到像面图像。在生成的二维光栅与二维滤波器的设计与仿真中,可方便操作和控制光栅与滤波器的类型和大小,对理解频域与空域图像的对应关系起到了积极作用。     

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.     

具有单相单向换能器的水平剪切声表面波压力传感器插入损耗特性

为实现水平剪切声表面波压力传感器低损耗设计,系统研究了均匀叉指换能器(IDT)和单相单向换能器(SPUDT)器件的声波能量损耗性能.在确定最优反射系数的SPUDT结构的基础上,建立3D周期性有限元仿真模型,计算器件表面振动位移和双向输出电压瞬态响应.通过对电压信号进行傅里叶变换获得器件模型的插入损耗,并制备两种不同换能...     

基于随机分数傅里叶变换的双图像加密算法

利用光学随机分数傅里叶变换设计了一种双图像加密算法,并给出了相应的光学实现.加密算法中,将两幅原始图像分别作为加密系统输入复函数的振幅和位相分布函数,利用随机分数傅里叶变换进行加密,所得复函数的振幅即为加密图像,而位相部分是变换的输出相位,随机位相作为加密算法的密码.在数值模拟中,二值文本图像和灰度图像分别被作为原始图像用于加密结果分析和加密安全测试,结果表明该加密算法具有很好的安全性.     

基于级联分数傅里叶变换系统的数字水印技术

提出一种基于分数傅里叶变换和随机相位编码的光学加密数字水印技术,可成为一种信息隐藏及保护的有效方案.该数字水印技术对于噪音叠加和常见的图像处理操作具有较强的稳健性.该技术根据光学级联分数傅里叶变换系统,利用两个随机相位分布函数对水印信息编码并经过迭代分数傅里叶变换嵌入到变换域的载体图像中.在水印检测和提取过程中,两个相位分布函数作为密钥.随机相位编码技术的引入,进一步提高了数字水印系统的密钥空间.增强了系统的安全性.该数字水印技术基于光学分数傅里叶变换原理,可以利用光学变换系统方便地实现.     

通过相移条纹图差分测定相移量的方法

提出一种通过两幅相移条纹图相减来确定它们之间相移量的方法,进行了理论分析和实验验证。两幅相移条纹图相减并归一化后,得到的相移差分函数是振幅只与相移量有关的正弦函数,可以通过确定该函数最大极值的方法得到振幅,进而计算出相移量。介绍了极值直接查找法和平均法两种实现最大极值测量的方法。由于不使用傅里叶变换,减少了运算时间,既可以用于高空间频率条纹,也可以用于稀疏平行条纹,以及任意花样的条纹。在衬比度因子确定后,用这种方法就能够直接在空域内确定两幅条纹图之间的相移量,通过大量采样点进行统计计算,使结果达到很高的精度。将所得到的结果与用傅里叶变换方法得到的结果进行了比较,表明两种方法得到的结果具有完全相同的精度。     

基于矩孔光学傅里叶变换的匹配滤波器缩放比例标定方法研究

为了使待识别目标的傅里叶变换频谱与匹配滤波器频谱分布严格重合,提出了一种基于矩孔图像光学傅里叶变换的匹配滤波器缩放比例标定方法。针对范德卢格特型光学相关器,在分析场景空间光调制器傅里叶变换频谱分布的基础上,以矩孔图像的频谱间距作为基准标定匹配滤波器的缩放比例;并利用焦距为400mm的傅里叶透镜作为一个实例,计算出其匹配滤波器缩放比例为1.068,对标定结果进行了实验验证。结果表明,此方法适用于范德卢格特型光学相关器中匹配滤波器的缩放比例标定,能够有效提高相关峰的能量和信噪比。     

分数域滤波的分数傅里叶变换光学成像性能分析

将分数域滤波同光学成像相结合,提出了一种基于Lohmann Ⅰ型的带有滤波孔径的两级联分数傅里叶变换光学成像系统.根据分数傅里叶变换和菲涅耳衍射之间的关系以及分数傅里叶变换的分数阶可加性,结合分数域滤波分析了分数傅里叶变换光学成像的基本理论.以点扩散函数和调制传递函数作为评价成像质量的准则,详细分析了不同分数阶光学系统...     

二维函数光子晶体

光子晶体是由两种或两种以上不同介电常数材料所构成的周期性光学纳米结构.光子晶体结构可分为一维、二维和三维,其中二维光子晶体已成为研究的热点.可调带隙的二维光子晶体可以设计出新型的光学器件,因此,对它的研究具有重要的理论意义和应用价值.本文提出的二维新型函数光子晶体可以实现光子晶体带隙的可调性.所谓二维函数光子晶体,即组成它的介质柱的介电常数是空间坐标的函数,它不同于介电常数为常数的二维常规光子晶体.二维函数光子晶体是通过光折变非线性光学效应或电光效应使介质柱的介电常数成为空间坐标的函数.运用平面波展开法给出了TE和TM波的本征方程,由傅里叶变换得到二维函数光子晶体介电常数ε(r)的傅里叶变换ε(G),其傅里叶变换比常规二维光子晶体的复杂.计算发现当介质柱介电常数为常数时,其傅里叶变换与常规二维光子晶体的相同,因此二维常规光子晶体是二维函数光子晶体的特例.在此基础上具体研究了二维函数光子晶体TE波和TM波的带隙结构,其介质柱介电常数函数形式取为ε(r)=k·r+b,其中k,b为可调的参数.并与二维常规光子晶体TE波和TM波的带隙结构进行了比较,发现二维函数光子晶体与二维常规光子晶体TE波和TM波的带隙结构有明显的区别,二维函数光子晶体的带隙数目、位置以及宽度随参数k的变化而发生改变.从而实现了二维函数光子晶体带隙结构的可调性,为基于二维光子晶体的光学器件的设计提供了新的设计方法和重要的理论依据.     

尾流光学信号的处理方法

主要利用滤波器、离散傅里叶变换、以及统计信号处理方法等对实验室模拟的尾流信号进行分析和处理、计算.从能量的角度来看,光学信号在有无气泡幕情况下的区别是非常明显的;利用滤波器只能作为尾流光学信号的预处理,从实际应用来看,需要做进一步处理;离散傅里叶变换对不同气压下得到的处理结果存在的区别,必然也为判断不同航速、不同尾龄下的尾流提供了一种线索;以Chirp z变换的形式对尾流光学信号进行处理,使得这种分布具有相当直观的图形,结合适当的图形处理方式,将有可能确定探测尾流光学性质的特征信号.     

伸缩窗口傅里叶变换在三维形貌测量中的应用

为了克服窗口傅里叶变换在分析非平稳信号所存在的缺陷,基于窗口傅里叶变换技术提出了伸缩傅里叶变换法并应用于三维形貌测量中。通过对窗函数在空间尺度上引入伸缩变换,得到一个可调宽度的空间一频率窗,实现空间频率分辨率随光栅图像条纹频率变化自动可调的实时快速测量。该方法克服了窗口傅里叶变换分析中所有频率窗口的大小形状固定不变的缺点,适合复杂物体形貌的测量。给出了理论分析、计算机模拟以及实验研究结果。     

《应用光学》一九八六年总目录

6;15 综述从第十届国际IRMW会议看红外与毫 米波技术的进展1;1日本光电系统发展概况2;65全光学计算机技术的新发展3八非线性光学的发展与应用6八光纤传感器的应用及发展动向6邝光电遥感器及其有关技术的发展趋势3比1;222乡14 光学设计简单透镜作傅里叶变换透镜平面和平板玻璃的波象差计算光学火控瞄准具光路之间的相互影响变焦物镜象面位移校正与误差分配的 优化方法用波动光学方法计算光学系统的传递 函数单灯大功率无影手术灯光学设计了F40I型16毫米电影放映镜头设计的 初步探讨统计试验法在确定光学仪器公差中的 应用wDM中的干涉滤光…     

光学数据处理的傅里叶变换分光光度计

本文提出了用光学处理器完成干涉图的傅里叶变换,从而实现全光学的傅里叶分光光度计的新技术.主要步骤是:1.获得待测光源时域的干涉图信号;2.利用电光调制技术实现干涉图信号的时-空转换;3.用光学处理器完成空域干涉图信号的傅里叶变换,得到待测光源的光谱.