傅里葉光學(xué)簡(jiǎn)介ppt課件

1、What 什么是傅里葉光學(xué)？ 光學(xué) + 通信理論 = 傅里葉光學(xué)（信息光學(xué)） Why 傅里葉光學(xué)的發(fā)展歷程 傅里葉光學(xué)的應(yīng)用 How 傅里葉光學(xué)的研究?jī)?nèi)容和研究方法,傅立葉光學(xué) 簡(jiǎn)介,光學(xué)的發(fā)展歷程,17世紀(jì)中葉之前 【幾何光學(xué),透鏡的發(fā)明 望遠(yuǎn)鏡、顯微鏡的發(fā)明,直線傳播、小孔成像、光的反射,春秋戰(zhàn)國(guó)墨經(jīng) 11世紀(jì) 伊本海塞木 17世紀(jì)初 延森 李普希 伽利略 1630年，1657年 1666 牛頓，1678 惠更斯,Snell折射定律、費(fèi)馬原理 微粒說(shuō)、波動(dòng)說(shuō),19世紀(jì) 【波動(dòng)光學(xué),楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn),19世紀(jì)初 托馬斯楊 1815年 菲涅爾 1861年 麥克斯韋 1887年,惠更斯菲涅爾原理

2、 Maxwell電磁波理論 邁克爾遜-莫雷以太實(shí)驗(yàn),20世紀(jì) 【量子光學(xué),量子論 光電效應(yīng)、波粒二像性,1900年 普朗克 1905年 愛(ài)因斯坦,全息術(shù)、激光器的誕生,20世紀(jì)40年代至60年代,傅里葉光學(xué)、薄膜光學(xué)、集成光學(xué)、非線性光學(xué)、光纖光學(xué)等現(xiàn)代光學(xué)分支,20世紀(jì)60年代以來(lái),20世紀(jì)中葉至今 【現(xiàn)代光學(xué),以光的直線傳播為基 礎(chǔ)，研究光在介質(zhì)中 的傳播和成像規(guī)律,以光的波動(dòng)性為基礎(chǔ)，研究光的干涉、衍射和偏振現(xiàn)象和規(guī)律,以數(shù)學(xué)公式為工具，研究光現(xiàn)象和應(yīng)用,以光的粒子性（量子性）為基礎(chǔ)，研究光與物質(zhì)的相互作用規(guī)律,傅里葉光學(xué)的發(fā)展歷史,1）信息光學(xué)發(fā)展中的三個(gè)里程碑 1948年伽柏創(chuàng)建全息

3、術(shù)（1971 Nobel物理獎(jiǎng)） 1955年提出“光學(xué)傳遞函數(shù)”概念，用于評(píng)價(jià)光學(xué)鏡頭質(zhì)量； 1960年激光器誕生，出現(xiàn)了高度相干性的光源,2）20世紀(jì)30年代末 傅里葉光學(xué)的產(chǎn)生,傅里葉分析和線性系統(tǒng)理論使光學(xué)與通信在信息學(xué)領(lǐng)域統(tǒng)一起來(lái)， 對(duì)光學(xué)圖像的描述從“空域” 走向“頻域,數(shù)學(xué) 電子技術(shù) 通信理論 光學(xué),線性變換 頻譜 空間濾波 載波,傅里葉分析,系統(tǒng)理論,光學(xué)系統(tǒng)和通信系統(tǒng)的共性,傅里葉光學(xué)的發(fā)展歷史,3）20世紀(jì)60年代以來(lái) 由于激光器的應(yīng)用，全息術(shù)獲得了新的生命； 全息術(shù)和光學(xué)傳遞函數(shù)的概念結(jié)合，光學(xué)研究的內(nèi)容和方法發(fā)生了改變,4）隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，信息光學(xué)也獲得了巨大發(fā)展；

4、特別是90年代分?jǐn)?shù)傅里葉變換理論的發(fā)展更是促進(jìn)了信息光學(xué)理論的發(fā)展，使信息光學(xué)逐漸發(fā)展成為集光學(xué)、計(jì)算機(jī)和信息科學(xué)相結(jié)合的一門技術(shù)，成為信息科學(xué)的一個(gè)重要組成部分和現(xiàn)代光學(xué)的核心之一,傳統(tǒng)，用光強(qiáng)、振幅的空間分布來(lái)描述光學(xué)圖像,現(xiàn)在，則把圖像看作是由緩慢變化的背景、粗 的輪廓等比較低的“空間頻率”成分和急劇 變化的細(xì)節(jié)等比較高的“空間頻率”成分構(gòu)成 的，用頻率的分布和變化來(lái)描述光學(xué)圖像,空域” “頻域,傅里葉光學(xué)（又稱信息光學(xué)）經(jīng)歷50多年的發(fā)展，形成一門完整獨(dú)立的學(xué)科,傅里葉光學(xué)的應(yīng)用,1）光學(xué)信息處理的特點(diǎn) 高速 處理 并行傳輸 并行處理 響應(yīng) 光開(kāi)關(guān) 10-15s 光傳輸速度 3108

5、m/s 電開(kāi)關(guān) 10-9s 電傳輸速度 105 m/s 抗干擾能力強(qiáng) 大容量 傳輸容量大 光纖 存儲(chǔ)容量大 全息存儲(chǔ) （2）信息光學(xué)的應(yīng)用 新型成像系統(tǒng) 圖像處理、圖像識(shí)別 多維并聯(lián)的光計(jì)算機(jī) 光學(xué)信息仿生學(xué),微光夜視技術(shù),風(fēng)云II號(hào)氣象衛(wèi)星,全息防偽,傅里葉光學(xué)的研究?jī)?nèi)容和研究方法,1）傅里葉光學(xué)基于傅里葉變換的方法研究光學(xué)信息在線性系統(tǒng)中的傳遞、處理、變換與存儲(chǔ)等。 2）傅里葉光學(xué)主要的研究?jī)?nèi)容包括： 光在空間的傳播（衍射和干涉問(wèn)題） 光學(xué)成像（相干與非相干成像系統(tǒng)） 全息術(shù)（包括計(jì)算全息） 光學(xué)信息處理（相干濾波、圖像識(shí)別等） 光學(xué)變換、光計(jì)算、光學(xué)傳感等 3）傅里葉光學(xué)主要的研究方法：

6、 傅里葉變換+線性系統(tǒng)理論,空間頻率,照片的二維平面上光振幅有一定的強(qiáng)弱分布,空間頻率,空間頻率：?jiǎn)挝婚L(zhǎng)度光振幅變化的次數(shù),反映了光強(qiáng)分布隨空間變量作周期性變化的頻繁程度，它同光振動(dòng)本身的時(shí)間頻率完全是兩回事。時(shí)間是一維的，空間可以是一維、二維、三維,數(shù)學(xué)上可以將一個(gè)復(fù)雜的周期性函數(shù)作傅立葉級(jí)數(shù)展開(kāi)，這一點(diǎn)在光學(xué)中體現(xiàn)為：一幅復(fù)雜的圖像可以被分解為一系列不同空間頻率的單頻信息的合成，即，一個(gè)復(fù)雜的圖像可以看作是一系列不同頻率不同取向的余弦光柵之和,數(shù)學(xué)上的傅立葉變換,空域函數(shù),頻域函數(shù),空域函數(shù),頻域函數(shù),傅里葉頻譜分布,0,空間濾波,低通濾波,P147 圖4-46 空間濾波改善像質(zhì)的對(duì)比,總

7、結(jié)及幾點(diǎn)說(shuō)明,1、從空域內(nèi)的分布函數(shù)獲得它的頻域內(nèi)的頻譜分布是一個(gè)傅立葉變換過(guò)程，它是把空域內(nèi)的分布函數(shù)按照不同空間頻率的分量展開(kāi)；從頻域內(nèi)的頻譜獲得空域內(nèi)的分布函數(shù)，則是傅立葉逆變換過(guò)程，它是將不同空間頻率的分量再疊加合成原來(lái)的分布函數(shù)的過(guò)程,2、空域內(nèi)的周期性分布函數(shù)的頻譜是離散譜；空域內(nèi)的非周期性分布函數(shù)的空間頻譜是連續(xù)普,3、一個(gè)空域內(nèi)的分布函數(shù)與它在頻域內(nèi)的頻譜一一對(duì)應(yīng)，改變空間頻率，則空域內(nèi)相應(yīng)的分布函數(shù)亦隨之改變,4、頻譜中的低頻成分決定了空域內(nèi)分布函數(shù)中變化緩慢的部分和粗的輪廓結(jié)構(gòu)；頻譜中的高頻成分決定了圖像中急劇變化的部分和細(xì)節(jié),如何在物理上實(shí)現(xiàn)數(shù)學(xué)上的傅立葉變換和逆變換,夫瑯和費(fèi)衍射裝置是傅立葉頻譜分析器,在物理上實(shí)現(xiàn)了傅立葉變換，就可以在頻域里考查光學(xué)系統(tǒng)對(duì)圖像頻譜作出的反應(yīng)（頻率響應(yīng)），以及對(duì)圖像所包含的信息進(jìn)行處理，這正是現(xiàn)代光學(xué)發(fā)展的一個(gè)重要方向,阿貝（Abbe，18401905） 研究如何提高顯微鏡的分辨本領(lǐng)問(wèn)題1873年對(duì)相干光照明的物體提出了兩步衍射成像原理,阿貝成像原理,第一步是信息分解 第二步是信息合成,計(jì)算像面上某點(diǎn)光場(chǎng)的復(fù)振幅,第一步夫瑯禾費(fèi)衍射起分頻作用將各種空間頻率的平面波分開(kāi)在L后焦面上形成頻譜 第二步干涉起綜合作用,頻譜語(yǔ)言描述,阿貝成像原理的意義在于:它以一種新的頻譜語(yǔ)言來(lái)描述信息,它啟發(fā)人