第三章 非相干光学信息处理 2021/219
2021/2/19 1 第三章 非相干光学信息处理
目录2021219 光学信息处理 节第三章非相干光学信息处理 第2节 第8节3.1杨氏干涉仪和空间相干性 第4节3.2非相干像的形成 第5节 3.3MTF的测量 第6节 3.4非相干空间滤波 第7节 第8节 3.5迈克耳孙干涉仪和时间相干性 第9节 3.6傅里叶变换光谱仪 3.7投影显示的消像素技术 3.8计算层析技术 第3章 3.9结论
第1节 第2节 第3节 第4节 第5节 第6节 目 录 第7节 第8节 第9节 第3章 2021/2/19 光学信息处理 2 第三章 非相干光学信息处理 3．1 杨氏干涉仪和空间相干性 3．2 非相干像的形成 3．3 MTF的测量 3．4 非相干空间滤波 3．5 迈克耳孙干涉仪和时间相干性 3．6 傅里叶变换光谱仪 3．7 投影显示的消像素技术 3．8 计算层析技术 3．9 结论
目录2021219 光学信息处理 节第三章非相干光学信息处理 第2节 由于廉价的激光器的广泛应用,非相干光 第3节学信息处理已变得不那么重要了,与相干光学 蕈4节信息处理相比,非相千光学信息处理的优势很 第5节 现在很少有人试图去建立一个非相干光学 幸6节信息处理器,例如非相干光学相关器(参见第四 第7节 章).尽管如此,大量光学仪器仍是采用非相干 光或自然光作为光源的,其中大多数是成像仪 第8节 器,例如照相机、显微镜、望远镜、投影仪 第9节 制版设备等等.应当说,常规意义下的成像, 也是光学信息处理的重要应用,在这个意义上 非相干光学信息处理的基本概念仍然有必要加 以研究,这些概念已广泛应用于非相干光成像 第3章之中
第1节 第2节 第3节 第4节 第5节 第6节 目 录 第7节 第8节 第9节 第3章 2021/2/19 光学信息处理 3 第三章 非相干光学信息处理 由于廉价的激光器的广泛应用，非相干光 学信息处理已变得不那么重要了，与相干光学 信息处理相比，非相干光学信息处理的优势很 少．现在很少有人试图去建立一个非相干光学 信息处理器，例如非相干光学相关器(参见第四 章)．尽管如此，大量光学仪器仍是采用非相干 光或自然光作为光源的，其中大多数是成像仪 器，例如照相机、显微镜、望远镜、投影仪、 制版设备等等．应当说，常规意义下的成像， 也是光学信息处理的重要应用，在这个意义上， 非相干光学信息处理的基本概念仍然有必要加 以研究，这些概念已广泛应用于非相干光成像 之中．
目录2021219 光学信息处理 节3.1杨氏干涉仪和空间相干性 第2节 干涉仪是产生光波干涉的仪器或装置,仅仅 第3节相干光才能产生干涉效应,因此干涉仪是研究光 4节的干涉性的恰当的设备。常见的杨氏干涉仪是由 第5节双狭缝或双孔构成的。 第6节 双孔 干涉条纹屏 第7节 P 点光源 第8节 S b 第9节 图3.1同轴点光源杨氏干涉仪 光源相干性:如果在屏上能得到相干的条纹的话 第3章 就说照明小孔的光波是相干的。4
第1节 第2节 第3节 第4节 第5节 第6节 目 录 第7节 第8节 第9节 第3章 2021/2/19 光学信息处理 4 3.1 杨氏干涉仪和空间相干性 干涉仪是产生光波干涉的仪器或装置，仅仅 相干光才能产生干涉效应，因此干涉仪是研究光 的干涉性的恰当的设备。常见的杨氏干涉仪是由 双狭缝或双孔构成的。 光源相干性：如果在屏上能得到相干的条纹的话， 就说照明小孔的光波是相干的。 图3.1 同轴点光源杨氏干涉仪
目录2021219 光源相干性 光学信息处理 第1节 如果点光源位于轴外,则干涉条纹也将发生 第2节 位移,亮纹将在W,ⅴ等处出现,如图3.2所 第3节示,此时仍然有(a+c)=(bd),和(b+ 第4节(a+ 第5节 双孔 F涉条纹屏 第6节 第7节 第8节 点光源 Pg 第9节 图3.2离轴点光源杨氏干涉仪 如果S1和S2同时存在,将看到两个独立的干 第3章涉图样的非相干叠加,因为S1和S2是非相干的。5
第1节 第2节 第3节 第4节 第5节 第6节 目 录 第7节 第8节 第9节 第3章 2021/2/19 光学信息处理 5 光源相干性 如果点光源位于轴外，则干涉条纹也将发生 位移，亮纹将在W，V 等处出现，如图3.2所 示 ． 此时仍然有 (a+c) ＝ (b+d) ， 和 (b+f) ＝ (a+e+)． 如果S1和S2同时存在，将看到两个独立的干 涉图样的非相干叠加，因为S1和S2是非相干的。 图3．2离轴点光源杨氏干涉仪
目录2021219 光学信息处理 第1节 空间相干性 第2节 杨氏干涉仪可以用来研究光波的相干性。通 节过P1和P2两个小孔是否在屏上产生干涉条纹来确 4节定照明这两点的光波是否相干。 第5节 第6节若屏上出现高反差的条纹,光波就是相干的 第7节若屏上出现均匀的照明,光波就是非相干的 第8节。若屏上出现低反差的条纹,光波就是部分相干的。 第9节 以P1、P2的位置为函数的相干性表征光波在 1、P2的相干的程度,称为空间相干性。 第3章
第1节 第2节 第3节 第4节 第5节 第6节 目 录 第7节 第8节 第9节 第3章 2021/2/19 光学信息处理 6 空间相干性 杨氏干涉仪可以用来研究光波的相干性。通 过P1和P2两个小孔是否在屏上产生干涉条纹来确 定照明这两点的光波是否相干。 若屏上出现高反差的条纹，光波就是相干的； 若屏上出现均匀的照明，光波就是非相干的； 若屏上出现低反差的条纹，光波就是部分相干的。 以P1、P2的位置为函数的相干性表征光波在 P1、P2 的相干的程度，称为空间相干性
旦201空间相干性的测量光处 第1节 第2节 我们可以改变P1和P2的间距来测量空间相 干性。间距增大时,发生两个效应,一个是条纹 第3节间距的变小,另一个是条纹反差度的下降。条纹 第4节反差度决定了空间相干性。 第5节 如果小孔的间距大于某一极限后屏上的条纹 蕈6节不再出现,则称此极限间距为空间相干宽度 第7节( spatial coherence width) 第8节命在相干光处理系统中,我们总是假定空间相干 第9节 宽度大于光学系统的横向特征尺度 在非相干光处理系统中,我们总是假定空间相 干宽度为零; 而在部分相干光处理系统中,假定空间相干宽 度大于零,并小于系统的特征尺度。 第3章
第1节 第2节 第3节 第4节 第5节 第6节 目 录 第7节 第8节 第9节 第3章 2021/2/19 光学信息处理 7 空间相干性的测量 我们可以改变 P1 和 P2 的间距来测量空间相 干性。间距增大时，发生两个效应，一个是条纹 间距的变小，另一个是条纹反差度的下降。条纹 反差度决定了空间相干性。 如果小孔的间距大于某一极限后屏上的条纹 不再出现，则称此极限间距为空间相干宽度 (spatial coherence width)． 在相干光处理系统中，我们总是假定空间相干 宽度大于光学系统的横向特征尺度； 在非相干光处理系统中，我们总是假定空间相 干宽度为零； 而在部分相干光处理系统中，假定空间相干宽 度大于零，并小于系统的特征尺度
目录2021219 光学信息处理 第1节 32非相干像的形成 第节1、相干光的成像过程(相千光的照明) 第3节 设在输入平面上有一点光源8(xy),在输出 平面上的像即系统的脉冲响应为h(xy),相应的 4节强度分布为(x)P 第5节 输入的二维物体→大量点源的连续分布输 6节出的复振幅是所有点源对应的血x的叠加 第7节豢输入物体的复振幅分布为f(xy 第8节输出像的复振幅分布为g(5m=f1,n)*h(n) 第9节 在颜域生的表达式为G(ay)=F(u,v)H(u,v) 输出的光强分布为8(4,m2 其中G,F和H分别是g,f和h的傅里叶变 换,H(u,v)又称成像系统的相干传递函数,简写为 第3章CTF( (coherent transfer function)
第1节 第2节 第3节 第4节 第5节 第6节 目 录 第7节 第8节 第9节 第3章 2021/2/19 光学信息处理 8 3.2 非相干像的形成 1、相干光的成像过程 (相干光的照明) 设在输入平面上有一点光源(x,y)，在输出 平面上的像即系统的脉冲响应为h(x,y)，相应的 强度分布为| h(x,y) | 2 ． 输入的二维物体 大量点源的连续分布输 出的复振幅是所有点源对应的h(x,y)的叠加． 输入物体的复振幅分布为 f (x,y) 输出像的复振幅分布为 g(,) = f(,) * h(,), 在频域中的表达式为 G(u,v) = F(u,v)H(u,v) 输出的光强分布为 | g(,) | 2 其中G，F 和 H 分别是 g，f 和 h 的傅里叶变 换，H(u,v)又称成像系统的相干传递函数, 简写为 CTF(coherent transfer function)
目录2021219 光学信息处理 第1节 2、非相干光的成像过程(非相干光的照明) 第2节 复振幅的脉冲响应仍是h(x2y),相应的强度 分布为h(x2y)2 第3节 由于照明光为非相干光,从各个点光源辐 第4节射的光波彼此是不相干的,各点光源的像也是 5节彼此不相干的,输出像是输入平面物体上各点 第6节的像的强度叠加,其强度分布为 第7节 Ig(E,n)1=JJo| f(x, y)1 h(5-x, m-y)12dxdy 第8节在频域中:GI(u,)=FI(u,y)HI(u,v) 草9节式中G,F和H分别表示2和山的傅里叶 变换.|h(x,y)2又称点扩散函数,记为PSF ( point spread function),而HI(u,y则称为非相 干成像系统的传递函数,简称光学传递函数, 第3章 简写为OTF( optical transfer function)
第1节 第2节 第3节 第4节 第5节 第6节 目 录 第7节 第8节 第9节 第3章 2021/2/19 光学信息处理 9 复振幅的脉冲响应仍是h(x,y)，相应的强度 分布为| h(x,y) | 2 ． 由于照明光为非相干光，从各个点光源辐 射的光波彼此是不相干的，各点光源的像也是 彼此不相干的，输出像是输入平面物体上各点 的像的强度叠加，其强度分布为 | g(,) | 2 = ∞ -∞ | f(x,y) | 2 | h(-x,-y) | 2 dxdy 在频域中: GI(u,v) = FI(u,v) HI(u,v) 式中GI，FI和HI分别表示|g| 2 ,|f| 2和|h| 2的傅里叶 变 换 ． |h(x,y)| 2 又 称 点 扩 散 函 数 ， 记 为 PSF (point spread function)，而HI(u,v)则称为非相 干成像系统的传递函数，简称光学传递函数， 简写为OTF(optical transfer function)． 2、非相干光的成像过程 (非相干光的照明)
目录2021219 光学信息处理 第节2、非相干光的成像过程(非相干光的照明) 第2节 由于H(u,y)是h(x2y)的傅里叶变换,根据傅里 第3节叶变换的法则,(xy的傅里叶变换为Hy)的 第4节自相关,亦即 率5节HI(uy)=jH(p,q)H(p+u,q+vy)dplq 第6节上式表明OT是CTF的自相关.OT通常是复函 第?节数,可表为 第8节 OTF=| TFlexp(φ)= MTF exp(iφ) 第9节记MTF=OTF MTF称为调制传递函数( modulation transfer function); 而相位则记为PTF=中 PTF称为相位传递函数( phase transfer function) 第3章
第1节 第2节 第3节 第4节 第5节 第6节 目 录 第7节 第8节 第9节 第3章 2021/2/19 光学信息处理 10 2、非相干光的成像过程 (非相干光的照明) 由于H(u,v)是h(x,y)的傅里叶变换，根据傅里 叶变换的法则， |h(x,y)| 2的傅里叶变换为H(u,v)的 自相关，亦即 HI(u,v) = ∞ -∞ H*(p,q) H(p+u,q+v) dpdq 上式表明OTF是CTF 的自相关．OTF通常是复函 数，可表为 OTF = |OTF|exp(i) = MTF exp(i) 记 MTF = |OTF|. MTF称为调制传递函数(modulation transfer function); 而相位 则记为PTF = , PTF称为相位传递函数(phase transfer function)