光学信息技术原理与应用
《光学信息处理》习题解答
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Q
a
<
1 L
,
b
<
1 W
《光学信息技术原理及应用》习题解答
∴ 1 > L, 1 > W ab
Q
1 a
是
H(
fx,
fy)
在
fx
方向的宽度，
1 b
是
H(
fx,
fy)
在
fy
方向的宽度，
L
、W
分别是输入函数
f ( x, y) 在频域上的频带宽。
∴ H( fx, fy) 在 fx 、 fy 方向的宽度大于 F( fx, fy) ，即 F( fx, fy) 能完全通过系统传递函数为
解：对于线性空间不变系统，设系统的脉冲响应为 h( x) ，输入函数表示式为 g( x) ，输出函数表示式为
g ' ( x) ，则
g'(x) = g(x) ∗h(x) 或 G'( f ) = G( f ) ⋅ H ( f )
+∞
∑ 由 g(x) = comb(x) 知， G( f ) = comb( f ) = δ ( f − n) ，所以 n=−∞
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《光学信息技术原理及应用》习题解答
图 1.4(a)
（1）由 H 1 (
f
)
=
rect
(
f 2
)
得 h1 ( x )
=
2 sin
c(2 x)
，函数图形如图
1.4(b)所示
图 1.4(b)
+16
∑ g1(x) = gi (x) ∗ h1(x) = Λ( x − 3n) * h1( x) ，函数图形如图 1.4(c)所示。 n=−16 +16 ∑ 如果考虑到系统为线性不变系统，对上式的卷积可以先计算 Λ(x) * 2sinc(2x) 。 Λ(x − 3n) 表 n=−16
光学信息技术原理及应用课后重点习题答案
第一章 习题解答1.1 已知不变线性系统的输入为()()x x g com b = ，系统的传递函数⎪⎭⎫⎝⎛b f Λ。
若b 取（1）50=.b （2）51=.b ，求系统的输出()x g '。
并画出输出函数及其频谱的图形。
答：（1）()(){}1==x x g δF 图形从略，（2）()()()()()x s co f f δf δx g x x x πδ232+1=⎭⎬⎫⎩⎨⎧1+31+1-31+=F 图形从略。
1.2若限带函数()y x,f 的傅里叶变换在长度L 为宽度W 的矩形之外恒为零， （1）如果L a 1<，Wb 1<，试证明()()y x f y x f b x a x ab ,,sinc sinc =*⎪⎭⎫⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛1 证明：(){}(){}(){}()()(){}(){}()y x,f b x sinc a x sinc ab bf af rect y x f y x,f bf af rect y x f Wf L f rect y x f y x,f y x y x yx *⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛1==∴=⎪⎪⎭⎫⎝⎛=,,F F ,,F ,,F F 1-（2）如果L a 1>， Wb 1>，还能得出以上结论吗？ 答：不能。
因为这时(){}(){}()y x yx bf af rect y x f Wf L f rect y x f ,,F ,,F ≠⎪⎪⎭⎫⎝⎛。
1.3 对一个空间不变线性系统，脉冲响应为 ()()()y x y x h δ77=sinc ,试用频域方法对下面每一个输入()y x f i ,，求其输出()y x g i ,。
（必要时，可取合理近似） （1）()x y x f π4=1cos ,答：()(){}(){}{}{}()(){}{}{}{}{}xcos x cos f rect x cos y 7x sin x cos y x h y x f y x g x πππδπ4=4=⎭⎬⎫⎩⎨⎧⎪⎭⎫ ⎝⎛74=74==1-1-1-11-1F F F F F F F ,F ,F F ,（2）()()⎪⎭⎫ ⎝⎛75⎪⎭⎫ ⎝⎛754=2y rect x rect x cos y x f π, 答：()(){}(){}{}()()(){}{}()()()()⎪⎭⎫ ⎝⎛75⎪⎭⎫ ⎝⎛754≅⎭⎬⎫⎩⎨⎧⎪⎭⎫ ⎝⎛77575⋅75*4=⎭⎬⎫⎩⎨⎧7⎭⎬⎫⎩⎨⎧⎪⎭⎫ ⎝⎛75⎪⎭⎫ ⎝⎛754==1-1-11-2y rect x rect x cos f rect f sinc 75f sinc x cos y 7x sin y rect x rect x cos y x h y x f y x g x y x ππδπF F F F F ,F ,F F ,（3）()()[]⎪⎭⎫⎝⎛758+1=3x rect x cos y x f π,答： ()()[]()(){}(){}()()()()()()()()()()()(){}⎪⎭⎫ ⎝⎛75=75≅⎭⎬⎫⎩⎨⎧⎪⎭⎫ ⎝⎛775≅⎭⎬⎫⎩⎨⎧⎪⎭⎫ ⎝⎛7⎪⎭⎫ ⎝⎛75*⎪⎭⎫ ⎝⎛4+81+4-81+=⎭⎬⎫⎩⎨⎧⎪⎭⎫ ⎝⎛775*8+1=⎭⎬⎫⎩⎨⎧7⎭⎬⎫⎩⎨⎧⎪⎭⎫ ⎝⎛758+1=1-1-1-1-1-3x rect f 75f sinc f rect f 75f sinc f rect f δ75f sinc f f x f rect f δ75f sinc x cos y 7x sin x rect x cos y x g y x x y x x y x x x x y x δδδδδπδπF F F F F F F F ,（4）()()()()()y rect x rect x comb y x f 22*=4, 答：()()()()(){}()(){}{}()()()()()()()()()()()()(){}()()x π6cos x π2cos f f f f f f f f f f f rect f f δf f δf f δf f δf rect f sinc 2f sinc f f comb y 7x sin y rect x rect x comb y x g y x y x y x y x y x x yx y x y x y x x y x y x 1060-3180+250=3+0530-3-0530-1+1590+1-1590+=⎭⎬⎫⎩⎨⎧⎪⎭⎫ ⎝⎛7⎪⎭⎫ ⎝⎛-3-2120-1+6370+1-6370+41=⎪⎭⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧⎪⎭⎫ ⎝⎛7⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛2⎪⎭⎫ ⎝⎛41=722*=1-1-1-1-2...,.,.,.,.,F ,.,.,.,F F F F F ,δδδδ0.25δδδ 1.4给定一个不变线性系统，输入函数为有限延伸的三角波 ()()x x rect x comb x g i Λ*⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎭⎫⎝⎛50⎪⎭⎫ ⎝⎛331=对下述传递函数利用图解方法确定系统的输出。
光学原理及应用
光学的基本原理及应用人类很早就开始了对光的观察研究，逐渐积累了丰富的知识。
远在2400多年前，我国的墨翟(公元前468—前376)及其弟子们所著的《墨经》一书，就记载了光的直线传播、影的形成、光的反射、平面镜和球面镜成像等现象，可以说是世界上最早的光学著作。
现在，光学已成为物理学的一个重要分支，并在实际中有广泛应用．光学既是物理学中一门古老的基础学科，又是现代科学领域中最活跃的前沿科学之一，具有强大的生命力和不可估量的发展前景。
按研究目的的不同，光学知识可以粗略地分为两大类．一类利用光线的概念研究光的传播规律，但不研究光的本质属性，这类光学称为几何光学；另一类主要研究光的本性(包括光的波动性和粒子性)以及光和物质的相互作用规律，通常称为物理光学。
一、光学现象原理光的传播速度很快，地球上的光源发出的光，到达我们眼睛所用的时间很短，根本无法觉察，所以历史上很长一段时间里，大家都认为光的传播是不需要时间的．直到17世纪，人们才认识到光是以有限的速度传播的。
光速是物理学中一个非常重要的基本常量，科学家们一直努力更精确地测定光速．目前认为真空中光速的最可靠的值为c＝299 792 458 m/s在通常的计算中可取c＝3.00×108m/s玻璃、水、空气等各种物质中的光速都比真空中的光速小．（一）直线传播光能够在空气、水、玻璃透明物质中传播，这些物质叫做介质．在小学自然和初中物理中我们已经学过，光在一种均匀介质中是沿直线传播的．自然界的许多现象，如影、日食、月食、小孔成像等，都是光沿直线传播产生的．由于光沿直线传播，因此可以沿光的传播方向作直线，并在直线上标出箭头，表示光的传播方向，这样的直线叫做光线。
物理学中常常用光线表示光的传播方向。
有的光源，例如白炽灯泡，它发出的光是向四面八方传播的；但是有的光源，例如激光器，它产生的光束可以射得很远，宽度却没有明显的增加．在每束激光中都可以作出许多条光线，这些光线互相平行，所以叫做平行光线．做简单实验的时候，太阳光线也可以看做平行光线．（二）反射与折射阳光能够照亮水中的鱼和水草，同时我们也能通过水面看到烈日的倒影；这说明光从空气射到水面时，一部分光射进水中，另一部分光被反射，回到空气中．一般说来，光从一种介质射到它和另一种介质的分界面时，一部分光又回到这种介质中的现象叫做光的反射；而斜着射向界面的光进入第二种介质的现象，叫做光的折射。
傅里叶光学金典试题及答案和重要知识点总结
因位置不同而引起的位相色散
x , y
z z
菲涅耳衍射可视为函数
U
0
(
x0
,
y0 ) exp[
j
k 2z
( x0 2
y
0
2
)]
的傅里叶变换在处的值
（3）频域（角谱）表达式： A(u,v) A0 (u,v)exp( jkz)exp[ jz(u2 v2 )]
A(u, v) A0 , • H , H(u,v) exp( jkz)exp[ jz(u2 v2 )] A(u, v) 衍射场角谱 A0 , 孔径后角谱
3、脉冲响应是孔径的傅里叶变换或夫朗和费衍射图样，中心在（-Mx0, -My0）点。 8. 衍射受限系统, 阿贝成像理论；
所谓衍射受限 是指仅仅考虑系统的衍射限制， 不考虑系统的几何像差。
在衍射受限系统中，光的衍射仅受到系统孔径光阑尺寸的限制，因此在考察衍射受限系统时，实际上主要考察
孔径光阑的衍射作用。如果入（出）射光瞳无限大，则光的衍射不受系统的限制，点物应该成理想的点像。然而，
δ 函数的性质：①偶函数性质： （- x) （x) ②坐标缩放性质： (ax) 1 (x)
a
③筛选性质： f (x) (x x0 )dx f (x0 )
④乘积性质： f x• x x0 f x0 • x x0
⑤卷积性质： f x x f x
f x x x0 f x x0
成像过程包含了两次衍射过程：由物面到后焦面，物体衍射光波分解为各种频率的角谱分量，即不同方向传播
的平面波分量，在后焦面上得到物体的频谱。这是一次傅里叶变换过程。由后焦面到像面，各角谱分量又合成为
像，这是一次傅里叶变换逆过程。
9. 相干成像系统的点扩展函数, 相干传递函数； 相干照明系统中，脉冲响应是点物产生的衍射斑的振幅分布。
光学信息处理技术
利用光学信息处理技术对物质成分、结构、含量等方面进行光谱分 析，提供快速、准确的分析结果。
光学仪器中的应用
光学显微镜
01
通过光学信息处理技术提高显微镜的成像质量和分辨率，应用
于生物学、医学、材料科学等领域。
光学望远镜
02
利用光学信息处理技术对天体进行观测和分析，推动天文学的
发展。
光学干涉仪
光学信息处理技术
汇报人： 202X-01-04
目录
• 光学信息处理技术概述 • 光学信息处理技术的基本原理 • 光学信息处理技术的主要方法 • 光学信息处理技术的实际应用 • 光学信息处理技术的未来展望 • 光学信息处理技术的挑战与解决方
案
01 光学信息处理技术概述
定义与特点
定义
光学信息处理技术是指利用光学 原理和光学器件对信息进行获取 、传输、处理、存储和显示的技 术。
特点
高速度、高精度、大容量、并行 处理、非接触、非破坏性等。
光学信息处理技术的发展历程
01
19世纪
光学显微镜和望远镜的发明，奠定了光学信息处理的基 础。
02
20世纪
全息摄影技术的出现，实现了三维信息的存储与再现。
03
21世纪
光子晶体、光子计算机等新型光学器件的出现，推动了 光学信息处理技术的发展。
光的干涉与衍射
光的干涉
当两束或多束相干光波在空间某一点叠加时，光波的振幅会 因相位差而发生变化，产生明暗相间的干涉现象。干涉现象 在光学信息处理中可用于实现图像增强、图像恢复等功能。
光的衍射
光波在传播过程中遇到障碍物时，会绕过障碍物的边缘继续 传播的现象。衍射现象在光学信息处理中可用于实现光束控 制、光束合成等功能。
陈家璧版 光学信息技术原理及应用习题解答(3-4章)
第三章 习题3.1 参看图3.5，在推导相干成像系统点扩散函数（3.35）式时，对于积分号前的相位因子⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+≈⎥⎦⎤⎢⎣⎡+2220202002exp )(2exp M y x d k j y x d k j i i试问（1）物平面上半径多大时，相位因子⎥⎦⎤⎢⎣⎡+)(2exp 20200y x d k j相对于它在原点之值正好改变π弧度？（2）设光瞳函数是一个半径为a 的圆，那么在物平面上相应h 的第一个零点的半径是多少？（3）由这些结果，设观察是在透镜光轴附近进行，那么a ，λ和d o 之间存在什么关系时可以弃去相位因子⎥⎦⎤⎢⎣⎡+)(2exp 20200y x d k j 3.2 一个余弦型振幅光栅，复振幅透过率为 00002cos 2121),(x f y x t π+=放在图3.5所示的成像系统的物面上，用单色平面波倾斜照明，平面波的传播方向在x 0z 平面内，与z 轴夹角为θ。
透镜焦距为f ，孔径为D 。
（1）求物体透射光场的频谱；（2）使像平面出现条纹的最大θ角等于多少？求此时像面强度分布；(3) 若θ采用上述极大值，使像面上出现条纹的最大光栅频率是多少？与θ=0时的截止频率比较，结论如何？3.3光学传递函数在f x = f y =0处都等于1，这是为什么？光学传递函数的值可能大于1吗？如果光学系统真的实现了点物成点像，这时的光学传递函数怎样？3.4当非相干成像系统的点扩散函数h I （x i ，y i ）成点对称时，则其光学传递函数是实函数。
3.5 非相干成像系统的出瞳是由大量随机分布的小圆孔组成。
小圆孔的直径都为2a ，出瞳到像面的距离为d i ，光波长为λ，这种系统可用来实现非相干低通滤波。
系统的截止频率近似为多大？3.6 试用场的观点证明在物的共轭面上得到物体的像 解：如图设1∑是透过率函数为),(00y x t 的物平面，2∑是与1∑共轭的像平面，即有fd d i 1110＝+ 式中f 为透镜的焦距，设透镜无像差，成像过程分两步进行：（1） 射到物面上的平面波在物体上发生衍射，结果形成入射到透镜上的光场l U ； （2） 这个入射到透镜上的光场经透镜作位相变换后，在透镜的后表面上形成衍射场'l U ，这个场传到像面上形成物体的像。
光学信息处理技术
光学信息处理技术光学信息处理技术是一种基于光学的信息处理方式，它利用光的干涉、衍射、偏振等特性，实现对信息的获取、转换、加工和存储等操作。
这种技术具有高速度、高精度、高可靠性等优点，因此在现代通信、传感、生物医学等领域得到了广泛应用。
一、光学信息处理技术的基本原理光学信息处理技术主要基于两个基本原理：干涉和衍射。
干涉是指两个或多个光波叠加时，光强分布发生改变的现象。
通过控制干涉的相干性，可以实现信息的叠加、增强或抵消等操作。
衍射是指光波遇到障碍物时产生的空间频率变化现象。
通过控制衍射的图案，可以实现信息的滤波、变换等操作。
二、光学信息处理技术的应用1、光学计算：光学计算利用光的干涉和衍射原理，可以实现高速数学运算和数据处理。
例如，利用光学干涉仪可以实现傅里叶变换等复杂计算。
2、光学传感：光学传感利用光的干涉和偏振原理，可以实现高灵敏度的传感和测量。
例如，利用光学传感技术可以实现生物分子和环境参数的检测。
3、光学通信：光学通信利用光的相干性和偏振原理，可以实现高速、大容量的数据传输。
例如，利用光学通信技术可以实现城域网和长途通信。
4、光学存储：光学存储利用光的干涉和衍射原理，可以实现高密度、高速度的信息存储。
例如，利用光学存储技术可以实现光盘、蓝光等存储介质。
三、光学信息处理技术的未来趋势随着科技的不断发展，光学信息处理技术也在不断创新和进步。
未来，光学信息处理技术将朝着以下几个方向发展：1、高速度、大容量：随着数据量的不断增加，对光学信息处理技术的速度和容量要求也越来越高。
未来的光学信息处理技术将更加注重提高处理速度和扩大存储容量。
2、微型化、集成化：随着微纳加工技术的不断发展，未来的光学信息处理技术将更加注重微型化和集成化。
例如，利用微纳加工技术可以实现光学器件的集成和封装，提高系统的可靠性和稳定性。
3、智能化、自动化：未来的光学信息处理技术将更加注重智能化和自动化。
例如，利用人工智能技术可以实现光学系统的自适应和优化，提高系统的智能化水平。
光信息科学与技术及其应用分析
光信息科学与技术及其应用分析摘要：光信息科学与技术作为一门跨学科的领域，结合了光学、电子学和信息科学的原理与技术，探索光与信息的相互关系。
它在通信、显示技术、光存储和生物医学等领域的广泛应用，为我们带来了高速、高效、精准的数据传输与处理方式，以及令人惊叹的成像和治疗手段。
随着科技的不断发展，光信息科学与技术必将继续引领着各个领域的创新与进步。
关键词：光信息；通信；光存储；应用光信息科学与技术是一门跨学科领域，研究光与信息的相互关系。
它在通信、显示技术、光存储和生物医学等领域有广泛应用。
光信息科学与技术通过光子学原理和技术创新，实现高速、高效、精准的数据传输与处理，推动显示技术的发展，提供高密度、高速的光存储解决方案，以及在生物医学领域实现非侵入性成像和创新的光治疗方法。
这个领域的不断发展将进一步推动科技进步和社会发展。
1.光信息科学与技术的概述光信息科学与技术是一门涉及光学、光电子学、信息科学等多个领域的学科，旨在研究和应用光与信息的相互关系，探索光在信息传输、存储和处理中的应用。
它结合了光学、电子学和计算机科学的原理和技术，广泛应用于通信、显示技术、光存储、生物医学等领域。
光信息科学与技术的核心概念是光子学，即利用光子作为信息的传输和处理载体。
光子学是一门研究光的发射、传输、调制、探测和处理的学科，它利用光的特性，如波粒二象性、干涉、衍射和非线性效应，来实现信息的传输和处理。
光信息科学与技术在这一基础上发展了一系列理论和技术，以满足信息传输和处理的需求。
在通信领域，光信息科学与技术被广泛应用于光纤通信系统。
光纤通信利用光的高带宽和低衰减特性，通过光纤传输信息。
光信息科学与技术提供了光源、光调制、光探测和光放大等关键技术，实现了高速、大容量的光纤通信系统。
光信息科学与技术还推动了光无线通信的发展，通过利用光的高频率特性和无线传输的优势，实现了高速、安全的无线通信。
在显示技术领域，光信息科学与技术为液晶显示、有机发光二极管（OLED）、激光投影等技术的发展做出了重要贡献。
《信息光学》课件
信息光学的发展历程
19世纪末至20世纪初
光学显微镜和望远镜等光学仪器的发明和应用，为信息光学的发展 奠定了基础。
20世纪中叶
随着激光技术的出现和发展，信息光学开始进入快速发展阶段。
20世纪末至今
随着计算机技术和光电子技术的不断进步，信息光学在通信、数据 存储、生物医学等领域得到了广泛应用。
信息光学的基本原理
02
信息光学的基本技术
光学全息技术
光学全息技术是一种利用光的干涉和衍射原理来记录和再现 三维物体的技术。通过将物体发出的光波与参考光波干涉， 将干涉图样记录在全息介质上，然后使用合适的照明光波进 行再现，即可得到物体的三维图像。
全息技术可以用于制作全息图、全息显示、全息干涉计量和 全息光学元件等。在科学研究、工业检测、医疗诊断和军事 领域等方面有广泛应用。
光学信息处理技术
光学信息处理技术是指利用光的干涉、衍射和折射等光学现象来进行信息处理的 技术。这种技术具有高速、大容量、并行处理等优点，可以用于图像处理、信号 处理、模式识别和计算机科学等领域。
常见的光学信息处理技术包括傅里叶变换光学、光学图像处理、光学计算和光学 神经网络等。
光学计算技术
光学计算技术是指利用光学方法来实现计算的技术。这种 技术利用了光的并行性和快速性，可以实现高速、高精度 和大容量的计算。
运行，为人工智能领域的发展提供新的动力。
信息光学在未来的应用前景
下一代光通信网络
随着5G、6G等通信技术的发展，信息光学将在构建下一代光通信 网络中发挥关键作用，实现超高速、超大规模的数据传输。
智能感知与物联网
光学传感器和光通信技术将在智能感知和物联网领域发挥重要作用 ，实现更高效、更智能的物联网应用。
信息光学知识点总结
信息光学知识点总结一、光学原理1. 光的性质光是一种电磁波，具有波动和粒子两种性质。
光波的波长和频率决定了其颜色和能量，而光的粒子性质则体现在光子这一基本粒子上。
2. 光的衍射和干涉光在通过狭缝或障碍物时会发生衍射，而光波之间的叠加会产生干涉现象。
这些现象使得我们可以利用光进行信息的编码和解码，实现光学信息传输和处理。
3. 光的折射和反射折射和反射是光在与界面相交时发生的基本现象，它们是光学成像和光学器件设计的基础。
4. 光的偏振偏振是光波振动方向的特性，光的偏振性质被广泛应用于光学通信和图像传感器中。
5. 光的色散和色彩光通过介质时会发生色散现象，这一现象使得彩色成像、光谱分析等得以实现。
6. 光的相干性光的相干性决定了光波之间的干涉和衍射效应，而相干光更适用于携带信息和进行信息处理。
7. 光的传播光线传播的轨迹是光学成像和光学器件设计的基础，了解光在不同介质中的传播规律对于光学系统的设计是至关重要的。
二、信息光学应用1. 光学成像光学成像是信息光学的一个重要应用领域，其中包括摄影、摄像、显微镜、望远镜等。
光学成像技术的发展对于医学、生物学、天文学、地质学等领域产生了深远的影响。
2. 光学通信光学通信是一种利用光波进行信息传输的通信方式，它具有大带宽、低损耗、高安全性等优点，因此成为了现代通信系统中的重要组成部分。
3. 光存储技术光存储技术利用光对材料的改变来存储信息，包括光盘、光存储器件等。
光存储技术具有高密度、长寿命等优点，适用于大容量数据存储。
4. 光学传感器光学传感器利用光的特性来实现对信号的转换和处理，常见的光学传感器包括光电二极管、光电晶体管、CCD传感器等，它们在摄影、医学影像、安防监控等领域有着广泛的应用。
5. 光学信息处理光学信息处理是指利用光学原理进行信息的编码、解码、复制、加密等处理过程，包括光学数据处理、光学图像处理等。
6. 光学计算光学计算是一种利用光学原理进行计算和处理的技术，例如光学处理器、光学逻辑门等。
信息光学理论与应用
信息光学理论与应用信息光学是光学与信息技术相结合的学科，通过研究光的特性和光的信息传递方式，实现对信息的存储、传输、处理和显示等功能。
信息光学既可以研究光在信息领域的应用，也可以研究信息技术在光学中的应用。
本文将从信息光学的基本原理、应用领域以及前景展望等方面进行探讨。
一、信息光学的基本原理信息光学的基本原理可以概括为光的信息编码、传输和解码。
在信息光学中，光是作为一种信息的载体，用来传递各种信息，比如图像、声音等。
其核心原理是利用光的干涉、衍射、吸收等特性进行信息处理。
信息光学采用的关键技术包括光学透镜、光纤通信、光学存储器等。
光学透镜是信息光学中的重要组成部分，它可以对光进行聚焦和解聚焦。
利用透镜的特性，可以将物体的信息转换为光信号，再通过光纤等方式进行传输。
同时，光纤通信技术也是信息光学中的关键技术之一，它通过光纤将光信号传输到目标地点，实现远程通信。
光学存储器是信息光学中的另一个重要技术，它能够将信息以光的形式进行存储和读取。
光学存储器的原理是利用高密度的激光束进行信息的写入和读取，相比传统的存储介质，如硬盘和光盘，光学存储器具有存储密度高、读写速度快的优势。
二、信息光学的应用领域信息光学在许多领域都有广泛的应用，下面我们将介绍其中几个主要的应用领域。
1. 光通信光通信是信息光学中最重要的应用之一。
借助光的高速传输和大带宽特性，光通信可以实现高速、长距离的信息传输。
光纤通信作为光通信的核心技术，已经成为现代通信领域必不可少的一部分。
2. 光计算光计算是一种利用光的性质进行信息处理的方法。
相比传统的电子计算机，光计算具有处理速度快、能耗低等优势。
光计算的发展前景广阔，将在人工智能、大数据处理等领域发挥巨大的作用。
3. 光储存光储存是信息光学中的另一个重要应用领域，其核心是利用激光和光学存储介质进行信息的存储和读取。
光储存技术具有存储密度高、耐久性好等优势，在数字媒体、数据中心等领域得到广泛应用。
光学交互原理的应用实例
光学交互原理的应用实例简介光学交互原理是指利用光学技术实现人机交互的原理。
它通过控制光的传播、反射、折射等特性，实现与计算机系统的交互。
在现代科技发展的趋势下，光学交互逐渐成为一种新颖且便捷的交互方式。
本文将介绍几个光学交互原理的实际应用例子。
1. 光学触摸屏•光学触摸屏利用红外线传感器和光电接收器进行探测，通过用户触碰屏幕时遮挡红外线的方式来实现交互。
•具备高精度和高灵敏度，可支持多点触控。
•应用于ATM机、自助售货机、智能手机和平板电脑等设备，提供直观、灵活的操作方式。
2. 光学手势识别•光学手势识别利用传感器对用户手势进行捕捉和识别，实现与计算机的交互。
•通过对手的形态、姿态、动作等特征的分析，可以实现手势识别功能。
•应用于体感游戏、智能电视遥控等领域，为用户提供更加直观且自然的操作方式。
3. 头部追踪系统•头部追踪系统使用红外线传感器和红外发射器对用户的头部姿态进行检测和识别。
•通过头部的旋转、倾斜等姿态变化，实现光标的移动和控制。
•应用于虚拟现实（VR）头盔、无人机控制等领域，提供更加沉浸式和便捷的交互体验。
4. 光学手写笔•光学手写笔通过内置的传感器和LED光源进行操作，实现书写和绘画的功能。
•具备高精度和压感技术，能够实现细致的笔画和线条。
•应用于电子书写板、平板电脑、画板等设备，为用户提供自然且便捷的书写体验。
5. 光学眼动仪•光学眼动仪通过红外线传感器和摄像头实时监测用户的眼球位置和运动轨迹。
•可实现眼球的追踪和定位，分析用户的视线焦点以及眼部运动信息。
•应用于人机交互研究、科学实验等领域，具有重要的实用价值。
结论光学交互原理的应用正在不断拓展和完善，给人机交互带来了新的可能性。
通过光学交互技术，用户可以通过自然的方式与计算机进行交互，提供更加方便、直观的操作体验。
光学触摸屏、光学手势识别、头部追踪系统、光学手写笔和光学眼动仪等都是光学交互原理应用的实例，它们在不同领域中发挥着重要的作用。
全息原理介绍
物光波的振幅和位相信息便以干涉条纹的形状、疏密和强度的形式 “冻结”在感光的全息干板上
波前记录和波前再现示意图
波前记录的数学模型
在全息干板H上设置x , y坐标，设物波和参考波的复振幅分别为 O ( x , y ) = O 0 ( x , y ) exp [ jφo ( x , y ) ] R ( x , y ) = R 0 ( x , y ) exp [ jφr ( x , y ) ]
光学信息技术原理及应用
(十四)
光学全息技术的原理与介绍
rotate 1 M0
He-Ne Laser M2
B/S
rotate 2 M1
LiNbO3:Fe crystal
全息照相的特点和原理
两个突出的特点，一是三维立体性，二是可分割性
全息照片再现出来的像是三维立体的，具有如同观看真实物体一 样的立体感，这一性质与现有的立体电影有着本质的区别
yo
zo
zr zc
线模糊与色模糊
实际光源却是有一定大小的。实际光源上每一个点作为参考光源 会产生全息图上的不同光栅结构，作为再现光源会产生不同的再 现像，一个物点将对应产生多个像点，也就是说用扩展光源作参 考光源和再现光源时会导致再现像的展宽，这个现象称做线模糊
透过H后的光振幅U’( x , y ) 为
U x, y C0 x, yexp jc x, y O 2 R 2 O R* O* R
C0 O02 exp jc x, y C0 R02 exp jc x, y C0O0 R0 exp j0 r c C0O0 R0 exp j0 r c
像称为原始像（虚象） 第四项为共轭项，它除了 与物波共轭外，还附加了 一个位相因子，因而这一 项成为畸变了的共轭像， 是实像
光电信息
光电信息光电信息在现代科技领域中扮演着重要的角色。
光电信息主要研究光信号的产生、传输和处理，以及其在通信、显示、储存和传感等领域中的应用。
本文将从光电信息的定义和原理、相关技术和应用等方面进行阐述。
一、光电信息的定义和原理光电信息，顾名思义，是指利用光电效应将光信号转化为电信号，并进行相关处理和应用的一种技术。
光电效应是光子与物质相互作用时产生的物理现象，其基本原理是光子激发材料中的电子，在内部形成电子与空穴对，从而产生电场效应或导电效应。
通过对光信号的捕获、传输、检测和处理，可以实现对信息的采集、传递和利用。
二、光电信息相关技术1. 光信号的捕获与检测技术：光信号的捕获和检测是光电信息技术的基础步骤。
常见的光信号捕获技术包括光学传感器、光电二极管、光电子倍增管等，可以将光信号转化为电信号。
而光信号的检测则需要利用光敏元件或光谱仪等装置进行，通过测量光强、光谱等参数获得信息。
2. 光信号的传输技术：光信号的传输是实现光电信息传递的关键。
光纤通信是一种常见的光信号传输方式，它通过光纤传输介质中的光信号进行数据传递。
光纤具有小损耗、大带宽等优点，可以有效地传输长距离的光信号。
除了光纤通信外，还有无线光通信、激光通信等技术用于特定场景下的光信号传输。
3. 光信号的处理技术：光信号的处理主要包括光学处理和电子处理两个方面。
光学处理技术主要是利用光学元件进行信号的调制、调控和滤波等操作，如光栅、透镜、滤波器等。
电子处理技术则是对光信号进行放大、滤波、编码等处理，可以对光电信号进行更精细的处理。
三、光电信息的应用领域1. 光通信：光通信作为一种高速、大容量的通信技术，已成为现代通信领域的重要发展方向。
通过利用光纤等光传输介质，可以实现高速稳定的数据传输，广泛应用于电话、互联网、电视等通信领域。
2. 光显示：光显示技术是利用光电信息技术将电信号转化为可见光信号的过程。
液晶显示器、有机发光二极管（OLED），以及后来兴起的微LED等技术，都是光电信息技术在显示领域的应用。
光学信息技术原理及应用(第二版)课后答案汇总
第一章 习题解答1.1 已知不变线性系统的输入为()()x x g c o m b =系统的传递函数⎪⎭⎫⎝⎛b f Λ。
若b 取（1）50=.b （2）51=.b ，求系统的输出()x g '。
并画出输出函数及其频谱的图形。
答：（1）()(){}1==x x g δF 图形从略， （2）()()()()()x s co f f δf δx g x x x πδ232+1=⎭⎬⎫⎩⎨⎧1+31+1-31+=F 图形从略。
1.2若限带函数()y x,f 的傅里叶变换在长度L 为宽度W 的矩形之外恒为零，（1） 如果L a 1<，Wb 1<，试证明()()y x f y x f b x a x ab ,,sinc sinc =*⎪⎭⎫⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛1 证明：(){}(){}(){}()()(){}(){}()y x,f b x sinc a x sinc ab bf af rect y x f y x,f bf af rect y x f Wf L f rect y x f y x,f y x y x yx *⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛1==∴=⎪⎪⎭⎫⎝⎛=,,F F ,,F ,,F F 1-（2） 如果L a 1>， Wb 1>，还能得出以上结论吗？答：不能。
因为这时(){}(){}()y x yx bf af rect y x f W f L f rect y x f ,,F ,,F ≠⎪⎪⎭⎫⎝⎛。
1.3 对一个空间不变线性系统，脉冲响应为 ()()()y x y x h δ77=sinc ,试用频域方法对下面每一个输入()y x f i ,，求其输出()y x g i ,。
（必要时，可取合理近似） （1）()x y x f π4=1cos ,答：()(){}(){}{}{}()(){}{}{}{}{}xcos x cos f rect x cos y 7x sin x cos y x h y x f y x g x πππδπ4=4=⎭⎬⎫⎩⎨⎧⎪⎭⎫ ⎝⎛74=74==1-1-1-11-1F F F F F F F ,F ,F F ,（2）()()⎪⎭⎫ ⎝⎛75⎪⎭⎫⎝⎛754=2y rect x rect x cos y x f π, 答：()(){}(){}{}()()(){}{}()()()()⎪⎭⎫ ⎝⎛75⎪⎭⎫ ⎝⎛754≅⎭⎬⎫⎩⎨⎧⎪⎭⎫ ⎝⎛77575⋅75*4=⎭⎬⎫⎩⎨⎧7⎭⎬⎫⎩⎨⎧⎪⎭⎫ ⎝⎛75⎪⎭⎫ ⎝⎛754==1-1-11-2y rect x rect x cos f rect f sinc 75f sinc x cos y 7x sin y rect x rect x cos y x h y x f y x g x y x ππδπF F F F F ,F ,F F ,（3）()()[]⎪⎭⎫⎝⎛758+1=3x rect x cos y x f π, 答：()()[]()(){}(){}()()()()()()()()()()()(){}⎪⎭⎫ ⎝⎛75=75≅⎭⎬⎫⎩⎨⎧⎪⎭⎫ ⎝⎛775≅⎭⎬⎫⎩⎨⎧⎪⎭⎫ ⎝⎛7⎪⎭⎫ ⎝⎛75*⎪⎭⎫ ⎝⎛4+81+4-81+=⎭⎬⎫⎩⎨⎧⎪⎭⎫ ⎝⎛775*8+1=⎭⎬⎫⎩⎨⎧7⎭⎬⎫⎩⎨⎧⎪⎭⎫ ⎝⎛758+1=1-1-1-1-1-3x rect f 75f sinc f rect f 75f sinc f rect f δ75f sinc f f x f rect f δ75f sinc x cos y 7x sin x rect x cos y x g y x x y x x y x x x x y x δδδδδπδπF F F F F F F F ,（4）()()()()()y rect x rect x comby x f 22*=4, 答：()()()()(){}()(){}{}()()()()()()()()()()()()(){}()()x π6cos x π2cos f f f f f f f f f f f rect f f δf f δf f δf f δf rect f sinc 2f sinc f f com b y 7x sin y rect x rect x com by x g y x y x y x y x y x x yx y x y x y x x y x y x 1060-3180+250=3+0530-3-0530-1+1590+1-1590+=⎭⎬⎫⎩⎨⎧⎪⎭⎫ ⎝⎛7⎪⎭⎫ ⎝⎛-3-2120-1+6370+1-6370+41=⎪⎭⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧⎪⎭⎫ ⎝⎛7⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛2⎪⎭⎫ ⎝⎛41=722*=1-1-1-1-2...,.,.,.,.,F ,.,.,.,F F F F F ,δδδδ0.25δδδ1.4 给定一个不变线性系统，输入函数为有限延伸的三角波()()x x rect x comb x g i Λ*⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛50⎪⎭⎫ ⎝⎛331= 对下述传递函数利用图解方法确定系统的输出。
光学信息技术原理及应用
6.1光波作为信息载体具有特别显著的优点：一是光波的频率高达10 14Hz以上二是光波的并行性，光波是独立传播的，两束甚至于多束光在空间传播时相遇，可以互不干扰，这为光信息的多路并行传输和处理提供了可能性。
空间光调制器是由英语的spatial light modulator 直译过来的。
常缩写成SLM。
顾名思义，它是一种能对光波的空间分布进行调制的器件。
基本特点：它是由许多基本的独立单元组成的一维线阵或二维阵列，这些独立单元可以是物理上分割的小单元，也可以是无物理边界的连续的整体，只是由于器件材料的分辨率和输入图像或信号的空间分辨率有限，而形成的一个一个小单元。
把控制小单元的光电信号称为“写入光”或“写入电信号”，即有两种方式。
如果采用写入光实现寻址的过程，则称为“光寻址”，---- 光寻址时，所有像素的寻址同时完成，所以它是一种并行寻址。
---- 其特点是：寻址速度最快，而且像素的大小，原则上只受写入光成像光学系统分辨率的限制。
如果采用写入电信号实现寻址的过程，则称为“电寻址”，---- 电寻址时，因为电信号是一个时间序列，原则上只能依次地输送到调制器的各个像素上去，所以电寻址是一种串行寻址方式。
空间光调制器中能用于调制或变换的物理效应很多：泡克尔斯效应（即线性电光效应）、克尔效应（即二次电光效应）、声光效应、磁光效应、半导体的自电光效应、光折变效应。
空间光调制器的功能：作为输入器件---- 电—光转换和串行—并行转换---- 非相干光—相干光转换---- 波长转换6.2——液晶光阀从分子排列的有序性来区分液晶：---- 层状（近晶型）---- 丝状（向列型）---- 螺旋状（胆甾型）双折射与扭曲效应电控双折射效应动态散射效应磁光空间光调制器---- 法拉第效应---- 克尔磁光效应全息术最初是由英国科学家丹尼斯-盖伯提出全系照相与普通照相的区别：全息照相与普通照相的方法截然不同。
普通照相在胶片上记录的是物光的振幅信息，而全息照相在记录振幅信息的同时，还记录了物光的相位信息。
光学信息技术原理及应用-菲涅尔和夫琅和费衍射
df xdf y
jz
exp
j
z
x
y
因而
U (x, y, z) exp( jkz)
jz
U (x ,y ,) exp{ j
z
[(x
x
)
(y
y
)
]}dx dy
该式与用惠更斯—菲涅尔—基尔霍夫标量理论导出的菲涅耳衍射公式 完全一样，更常用的菲涅耳衍射公式如下
U (x, y) exp( jkz) exp[ j k (x y )
)]
夫琅和费衍射与傅里叶变换
19 0 6
夫琅和费衍射: 在菲涅耳衍射公式中，对衍射孔采取更强的限制条
件，即取
z
1 2
k ( x02
y
2 0
)
则平方位相因子在整个孔径上近似为1，于是
U (x, y, z) exp( jkz) exp[ j k (x 2 y 2 )]
jz
2z
2
U (x0 , y0 ,0) exp[ j z (xx0 yy0 )]dx0dy0
上式的四重积分是类似基尔霍夫公式的一个精确的表达式，尽 管它不含三角函数，但是使用起来仍很不方便。下面还是要按 照菲涅耳的办法进行化简，首先对不同传播距离衍射的情况做 个直观的说明
按传播距离划分衍射区
19 0 6
用角谱衍射理论导菲涅耳公式（1）
19 0 6
假定孔径和观察平面之间的距离远远大于孔径的线度，并且只 对轴附近的一个小区域内进行观察，则有
这就是夫琅和费衍射公式。在夫琅和费近似条件下，观察面上的场 分布等于衍射孔径上场分布的傅里叶变换和一个二次位相因子的 乘积
对于仅响应光强不响应位相的一般光探测器，夫琅和费衍射和光场
光学技术在通信中的应用
光学技术在通信中的应用随着科技的不断发展，光学技术在通信领域的应用日益广泛。
光学技术以光作为信息传输的载体，具有传输速度快、带宽大、抗干扰性强等特点，因此在通信中得到了广泛应用。
本文将从光纤通信、光传感器以及光学计算机等方面探讨光学技术在通信中的应用。
光纤通信是光学技术在通信领域的一个重要应用。
相比传统的铜线传输方式，光纤通信具有传输速度快、信号损耗小的特点。
光纤通信利用光线在纤维中的全内反射原理进行信号传输，克服了铜线传输中的信号衰减问题，使得信号传输更加稳定可靠。
光纤通信广泛应用于电话通信、互联网传输以及电视信号传输等领域。
例如，当我们使用手机打电话时，声音会被转换成数字信号，并通过光纤传输到对方的手机中进行解码，从而实现了远程语音通信。
光学技术还被广泛应用于光传感器领域。
光传感器是通过测量光的特定参数来检测环境的变化或者物体的性质。
光传感器有着灵敏度高、响应速度快等特点，可用于温度、压力、湿度等各种物理量的测量。
光学技术在光传感器中的应用主要体现在光纤传感器和光学仪器两个方面。
光纤传感器利用光纤的折射指数、吸收或散射特性来测量物理量，可以实现远距离、高灵敏度的监测。
光学仪器则是利用光学原理实现对物体的测量和观测，例如激光测距仪、光学显微镜等。
这些光传感器不仅广泛应用于自动化生产领域，还被用于医疗、环境监测等领域。
另一个光学技术在通信中的应用是光学计算机。
光学计算机是一种使用光信号处理和传输信息的计算机系统。
与传统的电子计算机相比，光学计算机具有更快的计算速度和更大的数据处理能力。
光学计算机通过利用光学器件进行信息的传输、存储和处理，可以实现光信号的并行计算，大大提高了计算效率。
光学计算机主要应用于大规模数据处理、模式识别、人工智能等领域。
例如，在人工智能领域，光学计算机可以实现光学神经网络，加速深度学习和模式识别的过程。
综上所述，光学技术在通信中的应用十分广泛。
光纤通信、光传感器以及光学计算机等方面的应用，使得通信变得更加高效、稳定和可靠。
信息光学的发展及其应用
信息光学的发展及其应用作者：管志益来源：《中国新通信》 2018年第23期信息光学是目前研究的重点，而随着当前信息技术的不断发展及信息传输中所存在的安全等问题，信息光学所特有的数据传输安全性能可为保证数据安全及预防泄密起到关键作用。
因此，近两年，信息光学的研究被作为重点进行考虑与分析。
本文对信息光学相关理论及近几年发展情况进行了分析与讨论，具体内容如下：一、信息光学理论及说明对于信息光学的研究，一直是研究的重点，也是目前这些年信息技术与光学向结合的研究方向。
对于该技术，其最早起源于50 年代，国外学者将无线电通讯技术引进光学，推动了信息光学技术的发展。
1）信息光学技术被成功应用与微波合成孔径成像雷达中，实现了信息光学技术的重大突破与应用。
激光技术及全息照相技术的出现加大了信息光学技术的发展，尤其对于遥感技术的发展，其对信息光学的发展及应用起到了突破性作用。
从信息光学理论来讲，其主要利用傅里叶光学及统计光学原理，该两种理论属于基础性研究，从技术应用方面来讲，信息光学的研究还应涉及光学衍射、干涉及偏振等方面知识。
但从总体来讲，对于信息光学的研究，为更好的对信息光学技术进行研究及应用，应重点强化理论研究及分析光学现象中所存的的内在规律，这对光学理论的研究及应用将起到决定性作用。
2）从光学理论研究而言，信息光学主要包括光的振幅、相位角及频率等；如光学信息处理主要是利用傅里叶转化将输入的光信号离散化，并结合有效处理技术进行处理与分析。
因此，从光学信息处理角度来讲，主要包括两部分：根据处理系统的线性叠加性可包括线性及非线性处理两部分，而根据光源的时间及空间可分为相关性处理及非相关性处理等。
从信息光学的应用来讲，光信息处理时核心，也是难点及重点。
而结合目前实际情况采用滤波器对信息光学进行处理是基础，也是重点，可实现对光运算及处理。
二、关于信息光学的研究及应用情况分析1）全息显示是信息光学技术应用的重点，也是技术突破。
光的可逆性原理应用有哪些
光的可逆性原理应用有哪些简介光的可逆性原理是光学中的一项重要原理，它描述了光在传播过程中对物理过程的可逆应用。
光的可逆性原理在许多领域都有着广泛的应用，下面将介绍其中一些应用。
光学通信光学通信是利用光的可逆性原理进行信息传输的技术。
通过调制光信号的强弱和频率，可以实现高速、远距离的数据传输。
光的可逆性原理保证了信号在传输过程中不会损失重要信息，并且可以进行光的串行传输，提高信号传输的效率。
光学通信在现代通信领域中得到广泛应用，如光纤通信、光无线通信等。
光学存储光学存储是利用光的可逆性原理将信息记录在光学介质中的技术。
利用光的可逆性原理，可以对光信号进行编码和解码，实现高密度的数据存储。
光学存储技术具有存储容量大、读写速度快等优势，在光盘、DVD、蓝光光盘等数据存储介质中得到广泛应用。
光学成像光学成像是利用光的可逆性原理实现图像的获取和显示的技术。
通过光学透镜系统将光线聚焦在感光介质上，可以获取被照射物体的影像信息。
利用光的可逆性原理，可以实现高分辨率、高清晰度的图像获取和显示。
光学成像技术广泛应用于相机、望远镜、显微镜等光学仪器中。
激光器激光器是利用光的可逆性原理产生、放大和调制激光的装置。
光的可逆性原理保证了激光在放大过程中不会丢失能量和频率信息，从而提供了高强度、高频率和高直线度的激光输出。
激光器广泛应用于激光打印、激光切割、激光医疗等领域。
光学传感器光学传感器是利用光的可逆性原理感知和测量物理量的传感器。
通过光的反射、折射、散射等效应，可以实现温度、压力、湿度、位移等物理量的测量。
光的可逆性原理保证了传感器对物理量的感知具有高灵敏度、高分辨率等特点。
光学传感器广泛应用于环境监测、工业自动化、生物医学等领域。
纳米光学技术纳米光学技术是利用光的可逆性原理进行纳米尺度下的光学操作的技术。
通过调控纳米级光学结构的形态和电磁场分布，可以实现光的引导、增强和调控。
光的可逆性原理使得纳米光学技术具有高分辨率、高灵敏度、高集成度等特点，广泛应用于纳米材料、纳米器件等领域。
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面向二十一世纪课程教材光学信息技术原理及应用陈家璧苏显渝主编2001年4月面向二十一世纪课程教材光学信息技术原理及应用陈家璧苏显渝朱伟利孫雨南陶世荃吴建宏编2001年4月内容简介本书是教育部“高等教育面向21世纪教学内容和课程体系改革计划”的研究成果，是面向21世纪课程教材。
本书是上海理工大学、四川大学、中央民族大学、北京理工大学、北京工业大学、苏州大学、南开大学等校教授依据多年的教学和科研经验，并参考国内、外优秀教材编写而成。
本书分为两部分。
前五章介绍光学信息技术的基本理论，包括二维线性系统理论、光的标量衍射理论、光学系统频谱分析、部分相干理论和光全息术。
后六章介绍它的主要实际应用，有光学信息存储、光学信息处理、图象的全息显示、光学三维传感和全息散斑干涉计量。
本书的特点一是用线性系统的傅里叶分析方法光学问题，把光学看做信息科学技术的一个重要组成部分进行研究，二是密切联系实际，讨论了光学信息技术的各种已经实现和正在发展的应用。
三是配有许多独具匠心的习题，附有大量期发表在国内外科技刊物及学术会议的有关文献，可以引导读者自学，启发读者思维，培养学生的创新能力。
本书可以作为高等学校“光信息科学与技术”及其他有关光学和光学工程专业的专业课教材，也可以供社会读者阅读。
前言作为自然现象，光是最重要的信息载体。
据统计，人类感官接收的客观世界总的信息量的90%以上要通过眼睛。
早在三千年前人类就开始研究光学，但是光学发展最快的时期还是20世纪，尤其是20世纪下半叶。
近代光学对信息时代的到来起了十分重要的作用。
20世纪40年代末提出的全息术、50年代产生的光学传递函数、60年代发明的激光器、70年代发展起来的光纤通信、80年代成为微机标准外设的光驱、航天航空事业中应用的空间光学等近代光学技术对信息产业的高速成长发挥了不可替代的作用。
与此同时，近代光学也成为电子信息科学的最重要基础之一。
因此在高等院校电子信息学科的有关专业开设光信息处理技术理论与应用的课程是很有必要的。
光信息处理的理论基础是将信息科学中的线性系统理论引入光学中形成的。
光学成像系统实际上是一种二维的图像信号的传输和处理系统。
传统的光学仅在空域中研究光学现象，信息光学将研究方法扩展到空间频域，对光学成像系统进行空间频谱分析，并由此发展出全息术与光信息处理的各种方法。
这些方法使光学系统的单一成像功能扩展到信息处理的许多方面，有二维信号（图像）的各种运算方法，有图象处理与识别技术，有高密度信息存储的光学方法，有三维面形测量及全息散斑干涉技术，等等。
本书的重点是介绍光学信息处理的理论基础以及近年来发展很快的相关应用和方法。
本书的前五章是理论基础部分。
第1章的主要内容是二维线性系统分析，以及为之服务的二维傅里叶变换和信息科学的另一基础——抽样定理。
对于学过“信号与系统”课程的读者，复习一下并推广到二维情况也是不无补益的。
与以往同类的教科书不同，这一章不再详细介绍有关数学预备知识。
这是由于近二十年来几乎所有开办本专业的高等院校都开设含积分变换的数学课程，再从基础讲起已无必要。
第2章关于标量衍射理论的讨论不讲述物理光学或工程光学中已经讲过的惠更斯原理及基尔霍夫衍射公式的推导，而是由波动方程的平面波解及平面上复振幅分布的傅里叶分析与综合导出近场及远场衍射公式。
在介绍分数傅里叶变换基础上，讨论菲涅尔衍射的分数傅里叶变换表示，从而将衍射现象完全与傅里叶变换联系在一起。
第3章关于光学系统的频谱分析与以往多数教材不同，对透镜的傅里叶变换性质给出一个统一的表达方式，并得出不同情况下的结果。
由此出发进一步分析相干与非相干成像系统，给出成像系统的相干传递函数与光学传递函数。
第4章综合各种教材对光的相干性理论的阐述，由时间相干性、空间相干性到准单色光的相干性，全面介绍了光的相干性的概念，以此为基础讨论了部分相干光的传播及其光学系统的频谱分析的影响，为近代光学将许多光的传播过程当作随机过程来研究打下基础。
第5章研究的全息学是本书讲述的重点应用技术——全息存储、全息显示、全息干涉计量的基础，讨论了全息学原理，介绍了全息的实用技术及各种全息方法的具体分析。
本书后半部的第6章集中介绍各种光电调制器和接收器，是建立光信息处理系统的基础。
第7章重点介绍各种光存储技术，包括已经广泛应用的光盘存储技术和正在发展的各种三维、四维及其它海量光学存储技术，讨论了目前光学存储技术的主要发展趋势。
第8章讲述光信息处理的一般方法，包括二维图象信号的各种运算、非线性处理的光学实现、光计算及光信息处理的某些最成功的应用，如综合孔径雷达信号的光学信息处理方法和用黑白胶片作彩色摄影及存储彩色图像的方法。
第9章的内容是全息显示技术，主要是彩虹全息，模压技术及象素全息，这些技术已经并且正在应用到日常生活之中。
第10章是三维面形测量技术，作为一种非接触测量方法它不仅改变了传统的三坐标测量思想，而且已经有大量的实际应用，并与正在快速发展的计算机虚拟现实技术密切相关。
最后一章的全息散斑计量是全息术的最早应用之一，是研究宏观世界与微观世界之间的所谓介观世界的有力武器。
这一章从理论上改变了传统的光程差分析方法，把统计光学及随机过程的概念引入光学系统的分析之中，而且在此基础上介绍了诸如光外差技术、相移干涉技术、时间平均方法、光学的逐点与全场滤波、数字散斑方法等等近代光学信息处理的最新方法。
作为理论基础部分，本书的第1、2、3、5章是本科生必读的部分，其他章节可根据具体情况选读。
改革开放以来我国高等学校开设了许多有关光信息处理的课程，出版发行了许多教材和专著，其中包括国外经典优秀教材的中译本。
而国内外发表的光信息处理方面的科技论文更是浩如烟海。
本书最后附以主要参考书籍和及引用文献的目录，总计达二百篇左右。
其中绝大多数是80年代以来的资料，一半以上是90年代以后发表的。
希望这些文献能够帮助读者了解本学科发展的历史过程，帮助读者了解各种新发展产生的背景与研究问题的思路，及因为本书篇幅限制无法充分阐明的问题。
另外在每章的后面都附有帮助读者学习的习题，最后还给出部分习题的参考答案。
本书第1、2、4、11章由陈家璧编写，第3、10章由苏显渝编写，第5、8章由朱伟利编写，第6章由孫雨南编写，第7章由陶世荃编写，第9章由吴建宏编写。
这些编者都长期从事光信息处理有关教学和科学研究，对撰写的章节有关的内容和最新发展十分熟悉。
撰写的内容也包括了他们自己的研究成果。
本书在编写过程中得到了中国科学院院士、中国光学学会理事长、南开大学母国光教授的指导。
母先生不仅对本书的内容和结构提出了指导性的意见，并且还对本书进行仔细审阅，使作者得益匪浅。
著名老科学家、光学界泰斗两院院士王大珩先生对现代光学的教育非常重视，特地为本书作序，使我们倍受鼓舞。
在此对他们一并表示衷心感谢。
编者 2000年月日目录第1章二维线性系统分析1.1线性系统1.1.1线性系统的定义1.1.2脉冲响应和叠加积分1.2 二维傅里叶变换1.2.1二维傅里叶变换定义及存在条件1.2.2极坐标下的二维傅里叶变换和傅里叶—贝塞尔变换1.2.3虚、实、奇、偶函数傅里叶变换的性质1.2.4二维傅里叶变换定理1.2.5常用二维傅里叶变换举例1.3 二维不变线性系统1.3.1二维不变线性系统的定义1.3.2二维不变线性系统的传递函数1.3.3不变线性系统的本征函数1.3.4级联系统1.4抽样定理1.4.1 函数的抽样1.4.2原函数的复原1.4.3空间带宽积习题第2章标量衍射的角谱理论2.1 光波的数学描述2.1.1 光振动的复振幅和亥姆霍兹方程2.1.2球面波的复振幅表示2.1.3平面波的复振幅表示2.1.4 平面波的空间频率2.2 复振幅分布的角谱及角谱的传播2.2.1复振幅分布的角谱2.2.2 平面波角谱的传播2.2.3衍射孔径对角谱的作用2.3标量衍射的角谱理论2.3.1 惠更斯—菲涅尔—基尔霍夫标量衍射理论的简要回顾2.3.2 平面波角谱的衍射理论2.3.3菲涅耳衍射公式2.4夫琅和费衍射与傅里叶变换2.5 菲涅耳衍射和分数傅里叶变换2.5.1分数傅里叶变换的定义2.5.2 分数傅里叶变换的几个基本性质2.5.3用分数傅里叶变换表示菲涅耳衍射习题：第3章光学成像系统的频率特性3.1 透镜的位相变换作用3.2 透镜的傅里叶变换性质3.2.1物在透镜之前3.2.2物在透镜后方3.2.3透镜的孔径效应3.3 透镜的一般变换特性3.4相干照明衍射受限系统的成像分析3.4.1透镜的点扩散函数3.4.2衍射受限系统的点扩散函数3.4.3相干照明下衍射受限系统的成像规律3.5 衍射受限系统的相干传递函数3.6 衍射受限系统的非相干传递函数3.6.1非相干成像系统的光学传递函数（OTF）3.6.2OTF与CTF的关系3.6.3衍射受限的OTF3.7有像差系统的传递函数3.8相干与非相干成像系统的比较3.8.1截止频率3.8.2像强度的频谱3.8.3两点分辨习题第4章部分相干理论4.1实多色场的复值表示4.2 时间相干性、自相干函数与复自相干度4.2.1 非单色光的分振幅干涉及其数学描述4.2.2 自相干函数与复自相干度4.2.3复自相干度与光功率谱密度的关系4.2.4相干时间和相干长度4.3空间相干性、互相干函数和复相干度4.3.1 分波面干涉及其数学描述4.3.2 互相干函数和复相干度4.3.3 互相干函数和互相干度的测量4.4准单色条件、互强度和复相干因子4.4.1准单色条件4.4.2互强度和复相干因子4.4.3相干面积4.5准单色光的传播和衍射4.5.1 自由空间中准单色场互相干性的传播4.5.2薄透明物体对互强度的影响4.5.3部分相干光的衍射4.6范西特-泽尼克定理4.6.1范西特-泽尼克定理4.6.2均匀圆形光源4.6.3迈克尔逊测星干涉仪4.7部分相干场中透镜的傅里叶变换性质4.8部分相干光成像4.8.1准单色光照明光学系统的物像关系4.8.2准单色光照明下光学系统的频率响应习题第5章光全息术5.1 引言5.2 全息术原理——波前记录与再现5.2.1 波前记录5.2.2 波前再现5.2.3 全息实验装置5.3 基元全息图分析5.4 平面全息图及其衍射效率5.4.1 菲涅耳全息图5.4.2 傅里叶变换全息图5.4.3 无透镜傅里叶变换全息图5.4.4 傅里叶变换全息图的两个特例5.4.5象全息图5.4.6位相全息图5.4.7 平面全息图的衍射效率5.5 体积全息图5.5.1 体积全息图的记录与再现5.5.2 透射体全息和反射体全息5.5.3 体积全息图的衍射效率5.6 计算全息术及其应用5.6.1 计算全息图5.6.2 计算全息术的应用5.7全息记录介质5.7.1卤化银乳胶5.7.2重铬酸盐明胶5.7.3光致抗蚀剂5.7.4 光导热塑5.7.5 光致聚合物5.7.6光折变晶体习题第6章空间光调制器6.1概述6.1.1空间光调制器的基本结构与分类6.1.2空间光调制器的功能6.1.3空间光调制器的基本性能参数6.2液晶光阀6.2.1液晶的光电特性6.2.2光学寻址液晶光阀6.2.3电学寻址液晶光阀6.3 电光效应器件6.3.1 晶体的电光效应及其电光调制原理6.3.2 普克尔斯读出光调制器6.3.3微通道板空间光调制器6.3.4 Si-PLZT空间光调制器6.4磁光空间光调制器（MOSLM）6.4.1磁性材料的磁化特性与磁光效应6.4.2 器件结构6.4.3工作原理6.4.4器件性能6.5表面形变空间光调制器6.5.1 G-E表面形变空间光调制器6.5.2数字微反射空间光调制器6.6 自电光效应器件空间光调制器习题第7章光信息存储技术7.1 引言7.2 二维光学存储：光盘存储7.3 三维光学存储：体全息存储7.3.1 体全息的基本原理7.3.1.1 体光栅与布拉格衍射7.3.1.2 耦合波理论7.3.1.3体光栅的衍射效率和选择性7.3.2 光折变材料的全息存储机理与特性7.3.2.1 折射率光栅的建立7.3.2.2 光折变材料的全息存储特性7.3.3全息存储器的数据传输速率7.3.4 全息存储的应用举例7.4 四维光学存储习题第8章光信息处理技术8.1引言8.2光学频谱分析系统和空间滤波8.2.1阿贝（Abbe）成像理论8.2.2阿贝—波特（Abbe—Porter）实验8.2.3空间频率滤波系统8.2.4空间滤波的傅里叶分析8.2.5滤波器的种类及应用举例8.3相干光学信息处理8.3.1相干光学信息处理系统8.3.2多重像的产生8.3.3图像的相加和相减8.3.4光学微分—像边缘增强8.3.5光学图像识别8.3.6图像消模糊8.3.7综合孔径雷达8.4非相干光学信息处理8.4.1图像的相乘和积分8.4.2图像的相关和卷积8.5白光信息处理8.5.1 θ调制8.5.2用黑白胶片保存彩色像8.5.3黑白图像的白光密度假彩色编码8.5.4多重像的产生8.6 光计算8.6.1 引言8.6.2光学矩阵运算8.6.3光学互连8.6.4光学神经网络习题第9章图像的全息显示9.1 引言9.2 彩虹全息图9.2.1线全息图消色模糊原理9.2.2彩虹全息图的记录9.2.3彩虹全息图的像质9.3合成全息技术9.3.1二维图片的记录9.3.2平面多路合成全息9.3.3 360︒合成全息9.4彩色全息术9.4.1彩色全息的激光器和记录材料9.4.2彩色彩虹全息9.4.3反射体积彩色全息9.5全息图的复制9.5.1全息图的光学复制9.5.2全息图的模压复制9.5.3全息图的注塑复制9.6数字像素全息技术9.6.1数字全息图的制作方法9.6.2数字全息图的设计9.7其他全息显示技术9.7.1全息电影9.7.2边缘照明全息9.7.3虚拟全息三维显示习题第十章光学三维传感10.1主动三维传感的基本概念10.1.1主动照明的三维传感方法10.1.2三种基本的结构照明方式10．1．3三维传感系统的基本组成10.2 采用单光束的三维传感10.2.1 基本原理与计算公式10.2.2 散斑对激光三角法精度的影响10.2.3 测量实例（鞋楦三维面形测量）10.2.4基于激光同步扫描的三维面形测量10.3 采用激光片光的三维传感10.3.1激光片光的产生10.3.2测量原理10.3.3测量实例10.4 位相测量剖面术10.4.1 位相测量剖面术的原理10.4.2 产生结构照明的方法10.4.3位相测量剖面术应用举例10.5 傅里叶变换剖面术10.5.1 基本原理10.5.2 FTP方法的测量范围10.5.3 一种改进的方法10.6 调制度测量轮廓术10.6.1基本原理10.6.2 信息处理方法10.6.3测量实例10.7 其他光学三维轮廓测量方法10.7.1采用激光扫描的三维共焦成象10.7.2 飞行时间法习题第11章全息散斑干涉计量11.1光学粗糙表面散射光场的统计特性11.1.1物面系综上物表面散射光场的统计特性11.1.2散射光场的一阶统计特性11.1.3散射光场的强度自相关函数11.2 全息干涉的统计光学描述11.2.1 全息干涉的基本原理11.2.2二次曝光全息干涉术的干涉场11.2.3表面变形特性与散射光场特性的关系11.2.4二次曝光全息干涉场的统计光学描述11.3时间平均全息干涉术11.4 外差与准外差全息干涉术11.4.1外差全息干涉技术11.4.2准外差全息干涉技术11.5散斑干涉术11.5.1参考束型散斑干涉测量方法11.5.2剪切散斑干涉测量方法11.6电子散斑干涉测量技术11.6.1电子散斑干涉仪的典型光路和原理11.6.2电子散斑干涉相减技术的统计分析11.7散斑照相测量术11.7.1像面二次曝光激光散斑图的记录及其透过率函数11.7.2二次曝光散斑图的逐点滤波11.7.3二次曝光散斑图的全场滤波11.7.4白光散斑照相测量术11.8数字散斑照相测量术11.8.1数字全场滤波技术11.8.2数字逐点滤波技术习题。