白光光学信息处理技术.pdf

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1、采采用用相相干干光光源源能能使使光光学学系系统统实实现现许许多多复复杂杂的的信信息息处处理理运运算算,这这主主要要是是由由于于相相干干光光学学 系系统统的的复复振振幅幅处处理理能能力力很很强强. 可可是是,正正如如盖盖伯伯所所指指出出的的,相相干干噪噪声声是是光光学学信信息息处处理理的的头头号号敌敌人人； 此此外外,相相干干光光源源通通常常是是昂昂贵贵的的,并并且且对对光光学学处处理理的的环环境境要要求求非非常常严严格格。 4 白白光光光光学学信信息息处处理理技技术术 4 白白光光光光学学信信息息处处理理技技术术 在在光光学学处处理理中中能能否否降降低低对对光光源源相相干干性性的的要要求求，但

2、但又又同同时时保保持持对对复复振振幅幅的的线线性性运运算算 性性质质？ 4 白白光光光光学学信信息息处处理理技技术术 由由于于采采用用宽宽谱谱带带光光源源,特特别别适适合合于于处处理理彩彩色色图图像像,近近年年来来受受到到愈愈来来愈愈多多的的重重视视.将将 白白光光光光学学处处理理归归入入非非相相干干光光学学处处理理一一章章,仅仅仅仅是是从从它它采采用用了了非非相相干干光光源源这这一一角角度度 考考虑虑,我我们们应应该该注注意意到到,它它与与通通常常所所说说的的非非相相干干光光学学处处理理是是明明显显不不同同的的 a.白白光光光光学学处处理理的的基基本本原原理理 白白光光光光学学处处理理器器

3、常常用用的的白白光光光光学学处处理理系系统统如如下下图图所所示示. 这这一一系系统统类类似似于于相相干干光光学学处处理理的的4f系系统统. 但但在在白白光光处处理理中中,通通常常物物函函数数均均用用光光栅栅抽抽样样(调调制制)后后才才放放入入输输入入面面上上； 通通过过对对频频谱谱面面上上色色散散的的物物频频谱谱作作处处理理，实实现现对对物物函函数数的的处处理理。 白白光光点点光光源源 )2cos(1)( 101 xxt g 式式中中 。为为光光栅栅频频率率,并并假假定定物物透透明明片片对对照照明明光光源源中中各各种种波波长长的的光光波波的的振振幅幅透透过过率率相相 同同. )2cos(1),

4、(),( 101111 xyxtyxf 对对某某一一确确定定的的波波长长 , ,在在消消色色差差变变换换透透镜镜L L2 2后后焦焦面面P P2 2的的空空间间频频谱谱为为 ),( 2 1 ),( 2 1 ),(),(),( 00 TF ),( 2 1 ),( 2 1 ),( 00 TTT 则则经经光光栅栅抽抽样样后后的的复复振振幅幅分分布布为为 );,( 22 yxF ),( 2 1 ),( 2 1 ),( 2 0 22 0 222 f y f x T f y f x T f y f x T 第第一一项项为为零零级级物物谱谱，而而且且不不同同波波长长的的零零级级物物谱谱的的中中心心位位置置是

5、是相相同同的的； 在在后后焦焦面面P P2 2内内有有 在在后后焦焦面面P P2 2内内有有 );,( 22 yxF ),( 2 1 ),( 2 1 ),( 2 0 22 0 222 f y f x T f y f x T f y f x T 第第二二和和第第三三项项是是 1 1级级信信息息谱谱带带，每每个个谱谱带带中中心心在在 02 fx 色色散散为为彩彩虹虹颜颜色色 对对于于波波长长间间隔隔为为 的的两两种种色色光光 1 1、 2 2，其其一一级级谱谱中中心心在在x x2 2轴轴上上的的偏偏移移量量是是 02 fx 假假定定信信号号的的空空间间频频带带宽宽度度这这W Wt t t fWx

6、12 1 012 1 fx t W 2 x 022 2 fx 1 2 t W t fWx 22 2 t fWx 2 则则不不同同波波长长的的物物谱谱能能够够分分离离的的条条件件是是 22 xx 0 t W 不不同同波波长长的的谱谱在在x x2 2平平面面上上 的的宽宽度度是是与与波波长长有有关关的的 有缘学习更多+ 谓y g d 3 0 7 6 考证资料或关注桃报：奉献教育 （店铺） 只只要要光光栅栅频频率率 0 0远远大大于于输输入入信信息息的的带带宽宽W Wt t, ,可可以以不不考考虑虑各各波波长长频频谱谱间间的的重重叠叠； 可可以以在在谱谱面面P P2 2上上独独立立对对一一种种波波长

7、长或或几几种种离离散散的的波波长长，像像相相干干处处理理一一样样进进行行滤滤波波 操操作作。 对对于于某某一一波波长长 n n来来说说，可可以以采采用用滤滤波波函函数数为为 ),( 202 f y f fx H nn n n 的的滤滤波波器器进进行行滤滤波波 不不同同波波长长的的物物谱谱能能够够分分离离的的条条件件 0 t W 分分析析可可知知： 为为了了便便于于讨讨论论，假假定定各各个个滤滤波波器器都都放放在在同同一一衍衍射射级级，实实现现对对不不同同波波长长的的+ +1 1级级谱谱的的 处处理理，同同时时挡挡掉掉其其它它衍衍射射级级。在在输输出出平平面面上上波波长长为为 n n的的像像场场

8、复复振振幅幅为为 ),(),();,( 202202 1 33 f y f fx H f y f fx TFyxg nn n n nn n n 在在输输出出平平面面上上波波长长为为 n n的的像像场场强强度度分分布布为为 2 333333 );,(),();,( nnn yxhyxtyxI 当当有有N N个个离离散散的的滤滤波波器器同同时时作作用用于于频频谱谱面面时时，由由于于不不同同波波长长的的光光是是不不相相干干的的，因因而而 输输出出平平面面上上得得到到的的是是不不同同波波长长输输出出的的非非相相干干叠叠加加 2 333333 );,(),(),( nn n yxhyxtyxI 有缘学习

9、更多+ 谓y g d 3 0 7 6 考证资料或关注桃报：奉献教育（店铺） 从从上上述述分分析析可可以以看看出出, ,白白光光处处理理技技术术的的确确能能够够处处理理复复振振幅幅信信号号, ,并并且且由由于于输输出出强强度度 是是互互不不相相干干的的窄窄带带光光强强度度之之和和, ,因因而而又又能能抑抑制制令令人人讨讨厌厌的的相相干干噪噪声声. . 应应该该指指出出：我我们们采采用用的的分分析析方方法法是是对对确确定定波波长长的的处处理理看看作作相相干干光光处处理理; ;而而对对不不同同 波波长长处处理理后后像像的的叠叠加加又又看看成成是是完完全全非非相相干干的的, ,这这在在理理论论上上是是

10、不不严严格格的的； 更更严严格格的的讨讨论论涉涉及及到到部部分分相相干干理理论论. . 在在很很多多实实际际应应用用中中, ,我我们们只只涉涉及及少少数数几几个个分分离离的的波波长长( (例例如如红红、绿绿、蓝蓝三三原原色色) ), ,此此 时时若若在在信信号号频频谱谱后后加加滤滤色色片片, ,还还可可以以进进一一步步改改善善时时间间相相干干性性. . 在在很很多多实实际际应应用用中中, ,我我们们只只涉涉及及少少数数几几个个分分离离的的波波长长( (例例如如红红、绿绿、蓝蓝三三原原色色) ), , 此此时时若若在在信信号号频频谱谱后后加加滤滤色色片片, ,还还可可以以进进一一步步改改善善时时

11、间间相相干干性性. . 在在采采用用矩矩形形光光栅栅时时, ,由由于于光光栅栅的的多多级级衍衍射射, ,在在各各个个频频谱谱上上都都可可以以进进行行滤滤波波操操作作. . 对对于于这这一一类类问问题题的的处处理理, , 近近似似分分析析己己经经足足够够了了. . 0 t W b b. .假假彩彩色色编编码码 白白光光信信息息处处理理系系统统对对不不同同波波长长的的单单色色光光, ,提提供供了了类类似似于于相相干干光光处处理理系系统统的的运运算算能能力力, , 采采用用宽宽谱谱带带光光源源使使系系统统可可以以使使用用不不同同的的色色通通道道, ,有有利利于于对对图图像像进进行行彩彩色色化化处处理

12、理 等等密密度度假假彩彩色色编编码码 等等空空间间频频率率假假彩彩色色编编码码 调调制制 这这里里介介绍绍几几种种图图像像假假彩彩色色编编码码的的方方法法。 1 1. .等等空空间间频频率率假假彩彩色色编编码码 1 1. .等等空空间间频频率率假假彩彩色色编编码码 )2cos( 2 1 )2cos( 2 1 1),( 101011 yxyxt g 式式中中, , o o、 o o分分别别是是光光栅栅在在x xl l, ,y y1 1方方向向上上的的空空间间频频率率. . 为为分分析析简简便便起起见见, ,假假定定正正交交光光栅栅在在两两个个正正交交方方向向上上是是相相加加性性的的, ,其其振振

13、幅幅透透过过率率可可以以 记记为为 ),(),( ),(),( 4 1 ),();,( 0 22 0 22 2 0 22 0 222 22. f y f x T f y f x T f y f x T f y f x T f y f x TyxF 沿沿x2和和y2轴轴共共有有四四个个彩彩虹虹色色信信号号的的一一级级衍衍射射谱谱 在在频频谱谱面面P2上上,相相应应于于波波长长 的的复复振振幅幅正正比比于于 低低频频和和高高频频分分别别为为蓝蓝色色和和红红色色。 使使某某一一种种颜颜色色的的低低频频成成分分和和另另一一种种 颜颜色色的的高高频频成成分分通通过过。输输出出平平面面上上物物 体体的的低

14、低频频和和高高频频信信息息将将呈呈现现出出不不同同的的 颜颜色色。 如如果果采采用用各各种种带带通通滤滤波波器器让让不不同同的的 颜颜色色通通过过，就就可可以以得得到到色色彩彩更更丰丰富富 的的假假彩彩色色图图像像。 高高通通滤滤波波器器 低低通通滤滤波波器器 带带通通滤滤波波器器 0 0级级和和一一级级衍衍射射谱谱 有缘学习更多+ 谓y g d 3 0 7 6 考证资料或关注桃报：奉献教育（店铺） 2.等等密密度度假假彩彩色色编编码码 带带通通滤滤波波器器+ 相相位位滤滤波波器器 0级级和和一一级级衍衍射射谱谱 红红色色滤滤波波器器是是一一个个简简单单的的红红滤滤色色 片片； 另另一一个个绿

15、绿色色滤滤波波器器是是由由一一个个绿绿滤滤 色色片片和和绿绿色色频频带带中中心心位位置置的的相相 位位滤滤波波器器组组成成； 高高通通滤滤波波器器 在在输输出出平平面面上上形形成成红红色色原原像像和和绿绿 色色反反转转像像叠叠加加的的结结果果,使使原原图图像像不不 同同密密度度的的区区域域呈呈现现不不同同的的颜颜色色. 2.等等密密度度假假彩彩色色编编码码 带带通通滤滤波波器器+ 相相位位滤滤波波器器 0级级和和一一级级衍衍射射谱谱 高高通通滤滤波波器器密密度度最最小小处处呈呈红红色色，密密度度最最大大处处 呈呈现现绿绿色色； 中中间间部部分分分分别别对对应应粉粉红红、黄黄、淡淡 绿绿等等颜颜

16、色色； 密密度度相相同同处处出出现现相相同同的的颜颜色色。 2.等等密密度度假假彩彩色色编编码码 调调制制是是指指用用不不同同方方位位角角的的光光栅栅分分别别对对输输入入图图像像不不同同的的区区域域预预先先进进行行调调制制。这这样样 制制成成的的输输入入透透明明片片放放入入4f系系统统中中，若若用用单单色色光光照照明明，在在频频谱谱面面上上，与与图图像像各各区区域域 相相对对应应的的频频谱谱成成分分出出现现在在不不同同方方位位上上。用用狭狭缝缝作作滤滤波波器器，在在不不方方位位角角上上可可以以抽抽 取取不不同同区区域域的的像像。 当当系系统统用用白白光光点点光光源源照照明明，不不同同方方位位的

17、的频频谱谱均均呈呈彩彩虹虹颜颜色色。如如果果滤滤波波器器上上开开一一些些 小小孔孔，在在不不同同方方位位角角上上，小小孔孔可可选选取取不不同同颜颜色色的的谱谱，我我们们将将得得到到一一个个假假彩彩色色化化的的 输输出出图图像像。每每个个区区域域对对应应一一种种色色彩彩。 3 3、 调调制制 有缘学习更多+ 谓y g d 3 0 7 6 考证资料或关注桃报：奉献教育 （店铺） 3 3、 调调制制 3 3、 调调制制 有缘学习更多+ 谓y g d 3 0 7 6 考证资料或关注桃报：奉献教育（店铺） 例例题题 例例题题 有缘学习更多+ 谓y g d 3 0 7 6 考证资料或关注桃报：奉献教育（店铺） 将将黑黑白白图图像像假假彩彩色色化化, ,并并使使彩彩色色图图像像特特征征鲜鲜明明容容易易识识别别, ,一一直直是是图图像像处处理理中中 的的一一个个重重要要的的课课题题. . 在在已已研研究究的的实实现现图图像像假假彩彩色色的的许许多多方方法法中中, ,相相位位调调制制假假彩彩色色编编码码方方法法由由于于其其 光光强强利利用用率率高高、色色饱饱和和度度好好、操操作作简简便便，已已获获得得了了较较广广泛泛的的应应用用。