第十一章非相干光学处理

《第十一章非相干光学处理》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第十一章非相干光学处理（41页珍藏版）》请在文档大全上搜索。

1、第十一章第十一章 非相干光学处理非相干光学处理u非相干光学处理非相干光学处理是采用非相干光照明的信息处理方法，系统传递和处理的基本物理量是光场的强度分布，而不是振幅分布。u相干光处理的问题相干光处理的问题：相干噪声严重，导致对系统元件提出较高要求。u非相干光处理的优势非相干光处理的优势：装置简单，没有相干噪声。yxui,iiU x yUx y,U x y222*,iiiijiijiijiijI x yU x yUx yUx yUx y Ux yIUx y Ux yiI*ijU U1相干光系统相干光系统输入为则：输出为即：输出的合成复振幅而光强为：在相干处理系统中，输出光强除了是输入光强的叠加外

2、，还存在相干项的影响。满足复振幅叠加原则。11.1 相干光处理与非相干光处理相干光处理与非相干光处理的的比较比较对于非相干光系统，由于输入图像各点的光互不相干，所以上式中的互相关项（第二项）的平均值为零。即iiiiyxIyxI,即：非相干光处理系统是强度的线性系统，满足强度叠加原理。2非相干光系统非相干光系统3比较：相干相干振幅叠加可正可负可完成加、减、乘、除、微分、卷积等运算非相干非相干光强叠加实函数 无上述运算 2）只能处理透明图片）只能处理透明图片（复振幅分布）而不能利用光强接收器得到的信号做为输入信号，使用激光照明，而其它光则不行。（如CRT、LED） 3）激光是单色性极好的光源，只能

3、处理单色图象，只能处理单色图象，对彩色图象则无能为力。对彩色图象则无能为力。 4）而非相干系统正好可弥补相干系统的上述不足，即不存在上述不足。4相干光处理系统存在的不足1)噪声太大噪声太大相干噪声：由光路中的尘埃，指纹，擦痕，元件的缺陷，气泡等引起得干涉。 散班噪声：由漫射物体表面的起伏粗糙而引起的无规干涉。问题：问题：能不能找到一个系统：即能象相干系统一样，存在一个频谱面，可进行各种处理，又能象非相干系统一样，去掉讨厌的噪声干扰-部分相干系统部分相干系统-白光处理系统白光处理系统11.2.1成象成象*卷积和相关是光学信息处理中最基本的运算.*相干系统中,通过两次傅立叶变换和频域乘法运算完成。

4、非相干处理系统由于没有物理上的频谱面，故不能按照相干系统同样的方法处理。*但从空域看来，因为卷积和相关运算都包括位移,相乘,积分三个基本步骤,所以非相干成象系统也可以完成这些运算.11.2 基于几何光学的非相干处理系统基于几何光学的非相干处理系统 若把强度透射率为tl的一张透明片在强度透过率为t2的另一张透明片上成像,那么在第二张透明片后面每点的光强都正比于乘积tl t2.所以用光电探测器来测量透过两块透明片的总强度时,给出的光电流I为实现一个乘积的积分系统),(1yxt),(2yxtdxdyyxtyxtI),(),(21 (10.2.1),(1yxt),(2yxt上图是实现这一运算的系统.透

5、镜L2将tl以相等大小成像在t2上,而透镜L3将透过t2的一个缩小像投射到探测器上.若使其中一张透明片匀速运动,并把测量的光电流响应作为时间的函数,就可以实现tl和t2的一维卷积.例如,让透明片t2按反射的几何位置放入dxdyyxtyxtI),(),(21 若使t2在x和y方向分别移动x0,y0，则t2(-x,-y)变成为 ),()(),(002002yyxxtyyxxt 这时探测器的响应为dxdyyyxxtyxtyxI),(),(),(002100 显然光电探测器测得的),(00yxI的值是t1，t2在x=x0,y=y0点的卷积值。相关运算与卷积运算的区别在于,两个函数之一没有折叠的步骤,所

6、以只要使t2透明片按正向几何位置放入就可实现两者的相关运算.若使t2沿x和y的负方向移动x0,y0，则t2(x,y)变成t2(x+x0,y+yo),于是光电探测器的响应为dxdyyyxxtyxtyxI),(),(),(002100 这就是t1，t 2在x=x0,y=y0点的相关值。10.2.2 无运动元件的卷积和相关运算),(00yx fdf),(yxf),(yxh),(00yxg),(00yx1L2L实现无运动卷积和相关运算的系统 为了避免机械扫描的麻烦,可以采用上图所示的系统来实现卷积和相关运算.均匀漫射光源S放在透镜L1的前焦面上,透射率为f(x,y)的透明片紧贴着放在L1之后,在离f(

7、x,y)的距离为d处,并且在透镜L2的前面紧贴放置透明片h(x,y),然后在L2的后焦面上用胶片或二维阵列检测器进行记录.),(00yx fdf),(yxf),(yxh),(00yxg),(00yx1L2L为了解释这个系统的工作原理,考虑由光源上特定一点(-x0, -y0)发出的光,经L1后变成平行光,若把第一张透明片投影到第二张透明片上,则通过L2把光束会聚到探测器的(x0, y0)点,如果假定两个透镜的焦距相同,那么在检测器上的强度分布为dxdyyxhyfdyxfdxfyxg),(),(),(0000 dxdyyxhyyfdxxfdfyxg),(),(),(0000 这正是所要求的卷积。这

8、种系统的优点是简单易行,缺点是对f(x ,y)的空间结构越细,得到的相关值误差就越大.因为从f(x,y)到 h(x,y)完全是按几何投影考虑的,完全忽略了结构的衍射,结构越细,衍射越显著,所以用这个系统处理的图像的分辨率是受到限制的.这正是所要求的相关。若第一张输入透明片按反射的几何位置放入，则检测器上的强度分布为 以几何光学为基础的非相干处理系统有两个明显的限制: 一个是由于照明的非相干性质,系统传递和处理的物理量只能是非负的强度分布,给处理双极性信号和综合双极性脉冲响应造成困难。 另一个限制是我们在所有分析过程中均忽略了衍射效应,这实际上是限制了系统处理的信息容量.因为信息容量的增大,意味

9、着透明片上的空间结构变得越来越精细,通过透明片的光就越来越多地被衍射,只剩下越来越少的光遵从几何光学定律,所以输出将偏离按几何关系给出的结果. 采用相干光源能使光学系统实现许多复杂的信息处理运算,这主要是由于相干光学系统的复振幅处理能力很强.可是,正如盖伯所指出的,相干噪声是光学信息处理的头号敌人,此外,相干光源通常是昂贵的,并且对光学处理的环境要求非常严格。 在光学处理中能否降低对光源相干性的要求，但又同时保持对复振幅的线性运算性质？ 为了回答这个问题，人们研究了一类新的光学处理方法，称为白光光学处理。10.410.4白光光学信息处理技术白光光学信息处理技术 白光光学处理采用宽谱带白光光源，