最新光信息处理()复习提纲

光信息处理(2011)复

习提纲

光信息处理（信息光学）复习提纲

第一章线性系统分析

1．空间频率的定义是什么？如何理解空间频率的标量性和矢量性？2．空间频率分量的定义及表达式？

3．平面波的表达式和球面波的表达式？

4．相干照明下物函数复振幅的表示式及物理意义？

5．非相干照明下物光强分布的表示式及物理意义？

6．线性系统的定义

7．线性系统的脉冲响应的表示式及其作用

8．何谓线性不变系统

9．卷积的物理意义

10．线性不变系统的传递函数及其意义

11．线性不变系统的本征函数

第二章标量衍射理论

1．衍射的定义

2．惠更斯-菲涅耳原理

3．衍射的基尔霍夫公式及其线性表示

4．菲涅耳衍射公式及其近似条件

5．菲涅耳衍射与傅立叶变换的关系

6．会聚球面波照明下的菲涅耳衍射

7．夫琅和费衍射公式

8．夫琅和费衍射的条件及范围

9．夫琅和费衍射与傅立叶变换的关系

10．矩形孔的夫琅和费衍射

11．圆孔的夫琅和费衍射（贝塞尔函数的计算方面不做要求）

12．透镜的位相变换函数

13．透镜焦距的判别

14．物体位于透镜各个部位的变换作用

15．几种典型的傅立叶变换光路

第三章光学成象系统的传递函数

1．透镜的脉冲响应

2．相干传递函数与光瞳函数的关系

3．会求矩形和圆形光瞳的截止频率

4．强度脉冲响应的定义

5．非相干照明系统的物象关系

6．光学传递函数的公式及求解方法

7．会求几种情况的光学传递函数及截止频率

第五章光学全息

1．试列出全息照相与普通照相的区别

2．简述全息照相的基本原理

3．试画出拍摄三维全息的光路图

4．基元全息图的分类

5．结合试验谈谈做全息实验应注意什么（没做过实验，只谈一些理论性的注意方面）

6．全息照相为什么要防震，有那些防震措施，其依据是什么7．如何检测全息系统是否合格

8．全息照相（记录和再现）的基本公式

9．菲涅尔全息照相中的物像公式及计算（重点）

第八章

1．何谓阿贝成像理论

2．空间滤波的实验及结果

3．空间滤波的基本系统

4．空间滤波器的分类与制作方法

复 习

一、线性系统分析理论基础

1．空间频率的定义是什么？如何理解空间频率的标量性和矢量性？

时间量 空间量

22v T πωπ== 22K f ππλ

== 时间角频率 空间角频率

其中：v ----时间频率 其中：f ---空间频率

T----时间周期 λ-----空间周期

物理意义：由图1.7.3知：（设光在z x ,平面内传播，0=y ）

cos x

d λα=， 又 ∵ 1x x

f d =

联立得：

cos x f α

λ

=

讨论：

① 当0

90,,<γβα时0,,>z y x f f f ，表示k 沿正方向传播； ②标量性，

当α↗时，αcos ↘→x f ↘→x d ↗ 当α↘时，αcos ↗→x f ↗→x d ↘ ③标量性与矢量性的联系

条纹密x d ↘→x f ↗→α↘→θ↗

x x f d 1= λ

αcos =x f

条纹疏x d ↗→x f ↘→α↗→θ↘

2．空间频率分量的定义及表达式？

{}γβαcos ,cos ,cos k k =

{}z y x r ,,=

)cos cos cos (γβαz y x k r k ++=⋅

代入复振幅表达式：

()()()[]γβαμcos cos cos ex p ,,,,0z y x jk z y x z y x U ++=

()⎥

⎦⎤⎢⎣

⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛++=z y x j z y x λγλβλα

πμcos cos cos 2exp ,,0 ()()[]

z f y f x f j z y x z y ++=λπμ2ex p ,,0

式中：

λ

α

cos =

x f ，λ

β

cos =

y

f ，

λ

γ

cos =

z f

3．平面波的表达式和球面波的表达式？

平面波

()⎥⎦

⎤

⎢⎣

⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛+

+=z y x j z y x U λγλβλα

πμcos cos cos 2exp ,,0

()()[]

z f y f x f j z y x U z y x ++=πμ2ex p ,,0 球面波

()1,,jkr a

U x y z e γ

=

()

2

1212

212

12

1

221⎪⎪⎭

⎫

⎝

⎛++=++=z y x z z y x r

近轴时

()1,,U x y z ⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡⎪⎪⎭⎫

⎝⎛++=12

21021exp z y x jkz r a

()⎪⎪⎭

⎫ ⎝⎛+⋅≈12

21102exp exp z y x jk jkz z a ⎪

⎪⎭

⎫ ⎝

⎛+=12

202exp z y x jk

U 若球面波中心不在坐标原点，上式改为：

()1,,U x y z ()()⎥⎥

⎦

⎤⎢⎢⎣⎡++-=1202002exp z y y x x jk U

4．相干照明下物函数复振幅的表示式及物理意义？

设()y x f ,为一物函数的复振幅，其傅氏变换对为 ()()(),exp 2x y x y F f f f x y j f x f y dxdy

π∞

-∞⎡⎤=-+⎣⎦⎰⎰ ()()(),exp 2x y

x

y

x

y

f x y F f f j f x f y df df

π∞

-∞

⎡⎤=+⎣⎦⎰

⎰

可见：物函数()y x f ,可以看作由无数振幅不同()x y x y F f f df df 方向不同()cos ,cos x y f f αλβλ==的平面波相干迭加而成。

5．非相干照明下物光强分布的表示式及物理意义？

设()y x f ,为非相干照明下的物函数（强度分布），其傅氏变换为：

()()(),,exp 2x y x y x y f x y F f f j f x f y df df π∞

-∞

⎡⎤=+⎣⎦⎰⎰

()()(),,exp ,x y x y x y F f f F f f j f f ϕ⎡⎤=⎣⎦

……（推导略）

物理意义：

非相干光照明下的光强分布()y x f ,，可以分解成无数不同取向，不同空间频率，不同幅值的余弦形式的强度分布，即可以分解成无数对幅值各自相同，方向对称的平面波。

6．线性系统的定义

线性系统：若对所有的输入函数()y x f ,1和()y x f ,2和复常数21,a a ，输出满足下列关系式：