光学信息处理 第六章 光学图像识别
光学信息处理
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光学信息处理是在傅里叶光学基础上发展起来的。通常所谓的光学信息处理，或狭义的光学信息处理，指的 是光信息的频域处理，研究如何对各种光学信息进行光学运算（加、减、乘、除、相关、卷积、微分、矩阵相乘、 逻辑运算等）；光学信息的提取、编码、存储、增强、去模糊、光学图像和特征识别；各种光学变换（傅里叶变 换、对数变换、梅林变换、拉普拉斯变换）等。有时光学信息处理也称为光学数据处理，它的发展远景是“光计 算”。实际上相干光处理系统是一个光学模拟计算机，具有二维并行处理的能力、极高的运算速度（光速）及极 大的容量等，但由于某些器件如实时空间光调制器的发展远未完善，从而限制了运算速度。此外，光学模拟处理 的精度较低，灵活性较差，使它在应用上受到了进一步的限制。
光学信息处理
光学术语
01 概念解释
目录
02 处理性质
03
联合傅里叶变换特征 识别
05
白光信息处理和相位 调制编码
04
半色调预处理和图像 假彩化
06 展望
光学信息处理（optical information proces-sing）是运用透镜的傅里叶变换效应，在图像的空间频域 （傅里叶透镜的焦平面）对光学图像信号进行滤波，提取或加强所需的图像（信号），滤掉或抑制不需要的图像 （噪声），并进行透镜傅里叶逆变换输出处理后的图像的全部过程。光学信息处理是在傅里叶光学的基础上发展 起来的。傅里叶光学的核心，在于运用透镜或其他器件产生二维图像的空间频谱，从而在频域对光信号进行处理。
早期的光学信息处理中输入图像和滤波器用照相干板记录，经处理的输出图像也用照相干板记录，需经过显 影、定影，全过程是非实时的，称为传统的或经典的光学信息处理。已开发出的各种电寻址的空间光调制器 （SLM），如液晶显示器（LCD）、磁光空间光调制器（MOSLM）等，这些器件是由许多像素单元构成的二维滤波 器件，具有行、列电极，可对像素进行寻址操作（称矩阵寻址），使不同位置的像素具有不同的透过率（或不同 的相位延迟），从而将计算机内预先存储的图像转移到调制器上。以空间光调制器SLM1代替照相干板置于4f系统 的输入平面或滤波平面上，激光器通过准直扩束镜照射SLM1，其光强透过率或相位受到调制。计算机内的输入图 像函数（如由电荷耦合器件CCD2拍摄的目标图像）显示在SLM1上。光波通过SLM1时其光强分布（或相位分布）就 受到调制，该图像通过透镜L1进行傅里叶变换。再将计算机内预先存储的滤波器函数通过第二个空间光调制器 SLM2显示在4f系统的谱平面上，对输入图像的空间频谱进行滤波。经滤波处理的谱通过透镜L2进行傅里叶逆变换， 用另一个电荷耦合器件CCD1或数码相机记录输出图像，送入计算机进行分析。全部输入、滤波和输出过程由计算 机控制，过程非常快，可近似认为是实时的，称为光电混合处理。
《信息光学》第八章 光学信息处理
2、相干滤波的基本原理
2.1 阿贝—波特实验
阿贝—波特实验证明了阿贝的成像理论，是显示空间滤波原理的富有说服
力的实验，如下图所示(4f系统)：
其中，L1是准直透镜，L2和L3是傅里叶变换透镜，焦距均为f。P1、P2和P3分 别是物面、频谱面和像面，P3平面采用反射坐标系。
2、相干滤波的基本原理
其中，a为缝宽，d为光栅常数，L为光栅沿x1方向的尺寸。
aL n an T fx sin c sin c L f x d d n d
采用单位振幅平面波垂直照明，P2面上的光场分布正比于物体的频谱，即：
2、相干滤波的基本原理
3)采用双缝，仅让正、负二级谱通过。 狭缝后的透射光场：
2 2a T f x H f x aL sin c sin c L f x d d d 2 2a sin c sin c L f x d d
其中，
fx
x2 f
fy
y2 f
3、简单振幅和位相滤波的例子
f x1 , y1 1 j x1 , y1 物光波包括两部分：直接透射光和由于位相起伏造成的弱衍射光。由于j 表示这两部分光之间位相差为/2，它们相干叠加时干涉项为零。这正是 在背景光上观察不到衍射光的根本原因。要使像的强度产生可观测的变 化，必须改变这两部分光之间的位相正交关系。
T fx H fx T f x
aL sin c Lf x d
P3面输出光场分布为
g x3 F -1 T f x H f x
t x3
信息光学智慧树知到答案章节测试2023年苏州大学
绪论单元测试1.“信息光学”又称为 ____。
答案:第一章测试1.高斯函数的傅里叶变换是（）A:B:C:D:答案:B2.函数的傅里叶变换是（）。
A:B:C:D:答案:A3.某平面波的复振幅分布为，那么它在不同方向的空间频率，也就是复振幅分布的空间频谱为（）。
A:，B:，答案:A4.圆域函数Circ（r）的傅里叶变换是。
（）A:错B:对答案:B5.尺寸a×b 的不透明矩形屏，其透过率函数为rect(x/a)rect(y/b)。
（）A:错B:对答案:A6.卷积是一种 ____，它的两个效应分别是_和_，两个函数f(x, y)和h(x, y)卷积的积分表达式为____。
答案:7.什么是线性空不变系统的本征函数？答案:8.基元函数是不能再进行分解的基本函数单元，光学系统中常用的三种基元函数分别是什么？答案:第二章测试1.在衍射现象中，当衍射孔径越小，中央亮斑就____。
答案:2.点光源发出的球面波的等相位面为_，平行平面波的等相位面为_。
答案:3.平面波角谱理论中，菲涅耳近似的实质是用_来代替球面的子波；夫琅和费近似实质是用_来代替球面子波。
答案:4.你认为能否获得理想的平行光束？为什么？答案:5.菲涅尔对惠更斯的波动光学理论表述主要有哪两方面的重要贡献？答案:6.已知一单色平面波的复振幅表达式为，请问该平面波在传播方向的空间频率以及在x，y，z方向的空间频率分别是什么？答案:第三章测试1.物体放在透镜（）位置上时，透镜的像方焦面上才能得到物体准确的傅里叶频谱。
A:之后B:之前C:前表面D:前焦面答案:D2.衍射受限光学系统是指（），仅考虑光瞳产生的衍射限制的系统。
A:考虑像差的影响B:不考虑像差的影响答案:B3.相干传递函数是相干光学系统中（）的傅里叶变换。
A:点扩散函数B:脉冲响应函数C:余弦函数D:复振幅函数答案:A4.（）是实现对空间物体进行信息处理和变换的基本光路结构。
A:光学系统B:4f光路C:准直系统D:单透镜系统答案:D5.成像的本质是衍射光斑的叠加结果。
《光学信息处理技术》PPT课件
频谱面上的光场分布与物的结构密切相关，原点附近分布着物的低
频信息；离原点较远处，分布着物的较高的频率分量。
7
§7-1 空间滤波基本原理
二、阿贝—波特（Abbe—Porter）实验（1906）
相干单色平行光照明
实验装置
物平面 细丝网格状物 （正交光栅）
频谱面 放置滤波器
改变物的 频谱结构
像面 观察到各种 不同的像
T ( fx ) = ℱ [ t ( x1 ) ] 它的傅里叶变换—栅状物的夫琅和费衍射图样:
aB d
s
incBfx
sinc
a d
sincB
fx
1 d
sinc
a d
sincB
fx
1 d
......
零级谱
正、负一级谱
高级频谱
强度呈现为一系列亮点，每个
亮点是一个sinc2函数
幅值受单缝衍射限制，包络
带通滤波器：
用于选择某些频谱分量通过，阻挡另一些分量 例：正交光栅上污点的清除
滤波后可在像面 上得到去除了污 点的正交光栅
29
§7-3 空间滤波应用
例: 疵点检查——方向滤波器
印刷电路掩膜的 频谱沿轴分布， 疵点的频谱比较 分散。
此滤波器可提取 出疵点的信息
在输出面上得到 疵点的图像
30
§7-3 空间滤波应用
滤波器：放置在频 谱面中心的孔，仅 让0级谱通过
综合出的像：
仅有边框，不 出现条纹结构
零频分量是一个直流分量，它只代表像的本底
12
原物
通过的频谱 综合出的图像
阻挡零频分量，在一定条件下可使像的衬度发生反转 13
原物
通过的频谱 综合出的图像
用于微小差异图像识别的光学差异相关方法
用于微小差异图像识别的光学差异相关方法作者：张轶焜来源：《新教育时代·教师版》2017年第46期摘要：在光学信息处理当中，光学图像识别是一个重要的内容，在识别跟踪地面、空中军事目标，机器人视觉，工业自动化等领域中，都有着重要的应用。
光学图像识别的实现方法，主要有光学神经网络、光学相关等。
在生物、医学、军事等领域的实际应用中，时常会遇到参考信号和需要识别信号之间，只具有微小差异，同时信号自身具有复杂的结构，因而无法利用传统方法解决。
对此，应研究可用于微小差异图像识别的光学差异相关方法，从而进一步提高其应用功能。
关键词：微小差异图像识别光学差异相关引言光是自然界一种重要的现象，光波携带物体信息进入人的研究，使人对周围事物形成视觉印象，让人类能够更好的认识世界。
光学和信息、通信理论的融合，产生了信息光学的概念，是以傅里叶光学理论为基础的一种重要实践。
光学信息处理的设计领域很广，指的是利用光学方法，变换处理输入的信息，包括光信息、声信号、电信号等。
光学信息处理的特点在于容量大、并行度高，随着科技的发展，相关理论日益成熟，在实际应用当中也得到了极大进展。
在光学信息处理中，光学图像识别十分重要，在很多方面都有着广泛的应用。
而用于微小差异图像识别的光学差异相关方法，则是其中的重点和难点，需要进一步深入研究。
一、光学图像识别的基本理论图像识别，指的是对图像中是否含有特定信息进行判断与检测，在光信息处理当中，光学图像识别占据着重要的位置。
例如，通过军事侦察照片，对特定目标、文字等加以识别；通过患者病理照片，准确识别癌细胞组织；通过大量指纹档案，检查出犯罪分子的指纹等。
图形识别器采用相关器，但其具有较明显的局限性，只能对两个完全相同的图形加以判断，但如果一个图形相对另一个图形转动一个角度，或二者具有不同比例，相关器也难以识别[1]。
分数傅里叶是其中一个重要的研究方向，相关研究主要包括了透镜设计、神经网络、相位恢复、空间变换性滤波等方面。
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。
匹配滤波器及其在光学图像识别中的应用
Page ▪ 28
计算机模拟过程
将目标图像做傅里叶变换后得到频谱信息，
再对其求复共轭，得到匹配滤波器G*。
将待识别图像做傅里叶变换得到F。
将F与G*相乘，得到滤波后的傅里叶频谱T。
对T进行傅里叶逆变换，得到相关信息。
Page ▪ 29
仿真1
目标
Page ▪ 30
该系统就能改变物
图像的空间频谱结
构，这就是空间滤
波的含义
Page ▪ 16
从空域来看
系统实现了输入信
息与滤波器脉冲响
应的卷积或相关，
完成了所期望的一
种变换
图像识别
相关原理：图像自动识别的基本结构是光学相关器。
两个复函数f(x,y)和g(x,y)的互相关定义为：
+∞ +∞
efg x, y = න න f ∗ ξ, η g x + ξ, y + η dξdη = f x, y ⨂g x, y
下列关系：
x2
y2
fx =
fy =
λf
λf
F fx , fy = ℱ f x1 , y1
ቐ
2
I fx , fy = F fx , fy
y1
Lc
y2
P1
P2
L
x2
x1
S
f
Page ▪ 10
f
在P2平面上的功率谱分布具有如下特性：
1.频率特性：中心的空间频率为零，由中心点向外空间频谱值越来越高。
2.方向特性：若物图像中存在线状构造，则其功率谱是沿着与此线状结
阿贝二次成像理论示意图
X代表物平面，
光学图像识别PPT课件
22
Thank You
在别人的演说中思考，在自己的故事里成长
Thinking In Other People‘S Speeches，Growing Up In Your Own Story 讲师：XXXXXX XX年XX月XX日
23
16
10、联合变换相关器的应用
17
10、联合变换相关器的应用
18
1
20
10、联合变换相关器的应用
21
写在最后
经常不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量 Study Constantly, And You Will Know Everything. The More
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5、Vander Lugt 相关器的小型化
10
5、Vander Lugt 相关器的小型化
11
5、Vander Lugt 相关器的小型化
12
6、旋转不变Vander Lugt 相关器 7、比例不变Vander Lugt 相关器
13
8、联合变换相关器
14
8、联合变换相关器
15
9、实时联合变换相关器
光学图像识别
1
1、图像识别和光学相关器
2
2、非相干识别器
3
3、Vander Lugt 相关器
4
3、Vander Lugt 相光器
5
4、实时Vander Lugt 相关器
6
4、实时Vander Lugt 相关器
7
4、实时Vander Lugt 相关器
8
5、Vander Lugt 相关器的小型化
光学信息处理与图像识别研究
光学信息处理与图像识别研究一、引言光学信息处理是利用光学方法实现对信息的处理和转换的过程，其中图像处理是其中的一个重要分支。
近年来，随着光学技术的不断发展，光学信息处理和图像识别技术也得到了较大的进展。
本文就这方面的研究进行探讨和分析。
二、光学信息处理的基本原理光学信息处理是利用光学方法将信息传递过程中涉及到的问题技术和技巧称为光学信息处理技术。
光学信息处理的基本原理可以概括为：将信息通过光学方式传递到接收端，然后通过某些方法把其转化为电子或机械信号，使最终的信息得以处理。
为了实现光学信息处理的基本原理，需要借助一系列光学器件，在图像处理中，最常见的是光学滤波器。
三、图像处理的基本流程光学图像处理的基本流程包括采集和获取图像，进行图像预处理，然后对图像进行特征提取和图像分类，最后根据实际的需要对图像进行处理和展示。
图像处理的基本流程可以概括成以下几个步骤：1. 图像采集和获取采集和获取图像是图像处理的第一步。
采集和获取的图像需要满足一定的质量要求，如从光源角度，拍摄距离，曝光时间等方面考虑来尽可能保证图像的质量。
2. 图像预处理图像采集和获取的过程中，可能会有一些噪声，如光线过强或过弱、镜头失真等问题，需要对图像进行一定的预处理，如滤波处理、图像增强等。
3. 特征提取和图像分类提取图像的特征是对图像进行分类的重要步骤，图像的分类也是基于特征提取的，常见的特征提取算法有局部二值模式（LBP）、方向梯度直方图（HOG）等。
4. 图像处理和展示根据实际需求进行图像处理和展示，如图像的分割、识别、重建、增强、还原等等。
四、光学滤波器在图像处理中的应用光学滤波器是一种用于处理图像信号的光学器件。
其基本思想是将信号通过滤波器传递，达到消除干扰、削弱噪声和突出关键信息等目的。
在光学图像处理中，光学滤波器被广泛应用于多种领域，如军事目标识别、遥感图像处理、医疗图像处理、光子计算机等等。
五、光学信息处理和图像识别技术的应用光学信息处理和图像识别技术在现代科技领域得到了广泛的应用。
光学第六章偏振PPT课件
光学信号处理
通过偏振光干涉可以实现光学信 号的相干调制和解调，用于光纤
通信等领域。
光学信息处理
利用偏振光干涉可以实现对光学 信息的处理和分析，如图像处理、
模式识别等。
06
偏振光在光学仪器中的应用
偏振光在摄影镜头中的应用
偏振滤镜
在摄影中，偏振滤镜被用来消除 反光和眩光，提高影像的清晰度 和色彩饱和度。
寻常光和非寻常光。寻常光的折射率 与介质的对称轴方向无关，而非寻常 光的折射率与对称轴方向有关。
偏振光的传播规律
定义
偏振光是指光的电矢量或磁矢量在某一方向上振动的光。
传播规律
在各向异性介质中，偏振光的传播方向会发生改变，同时其偏振状态也会发生变化。具体 传播规律与介质的性质和光的入射角有关。
偏振态的描述
偏振片在光学仪器、摄影、显 示技术等领域有广泛应用。
波片
波片是一种能够改变光波相位差 的光学器件。
它由双折射晶体或光弹性薄膜制 成，能够使入射光的电场分量产 生相位延迟，从而改变光的偏振
状态。
波片在光学干涉、光学调制、光 学滤波等领域有重要应用。
偏振分束棱镜
偏振分束棱镜是一种能够将入射的线偏振光分成两个正交的线偏振分量，并分别沿 着不同的方向传输的光学器件。
光纤通信
在光纤通信中，偏振光被用来提高通信容量和传输速率，因 为光纤中的信号衰减与光的偏振状态有关。
信号处理
在光学信号处理中，偏振光被用来实现各种操作，如偏振分 束、偏振调制和解调等。
THANKS
感谢观看
部分偏振光
在多个方向上有振动，但 只有一个方向的振动占主 导。偏来自光的应用0102
03
04
光学成像
光学图像信息处理
课题光学图像信息处理1．了解光学图像信息处理的基本理论和技术教学目的 2．掌握光的衍射、光学傅里叶变换、频谱分析及频谱滤波的原理和技术。
重难点 1．光具组各元件的共轴调节；2．傅里叶变换原理的理解。
教学方法讲授、讨论、实验演示相结合。
学时 3个学时一、前言光学信息处理技术是近20年多来发展起来的新的研究领域，在现代光学中占有重要的位置。
光学信息处理可完成对二维图像的识别、增强、恢复、传输、变换、频谱分析等。
从物理光学的角度，光学信息处理是基于傅里叶变换和光学频谱分析的综合技术，通过在空域对图像的调制或在频域对傅里叶频谱的调制，借助空间滤波的技术对光学信息进行处理。
二、实验仪器黑白胶片、白光光源、聚光镜、小孔滤波器、准直镜、黑白编码片框架、傅氏变换透镜、频谱滤波器、场镜、CCD彩色摄像机、彩色监视器、白屏等。
三、实验原理光学信息处理的理论基础是阿贝（Abbe）二次衍射成像理论和著名的阿贝－波特（Abbe－Porter）实验。
阿贝成像理论认为，物体通过透镜成像过程是物体发出的光波经物镜，在其后焦面上产生夫琅和费衍射的光场分布，即得到第一次衍射的像（物的傅里叶频谱）；然后该衍射像作为新的波源，由它发出次波在像面上干涉而构成物体的像，称为第二次衍射成像，如图1所示。
进一步解释，物函数可以看作由许多不同空间频率的单频（基元）信息组成，夫琅和费衍射将不同空间频率信息按不同方向的衍射平面波输出，通过透镜后的不同方向的衍射平面波分别汇聚到焦平面上不同的位置，即形成物函数的傅里叶变换的频谱，频谱面上的光场分布与物函数(物的结构)密切相关。
不难证明，夫琅和费衍射过程就是傅里叶变换过程，而光学成像透镜即能完成傅立叶变换运算，称傅里叶变换透镜。
阿贝成像理论由阿贝－波特实验得到证明：物面采用正交光栅（网格状物），用平行单色光照明，在频谱面放置不同滤波器改变物的频谱结构，则在像面上可得到物的不同的像。
实验结果表明，像直接依赖频谱，只要改变频谱的组份，便能改变像。
《信息光学》课程标准
《信息光学》课程标准一、课程概述（一）课程性质信息光学是光电信息科学与工程专业的专业学习领域必修课程，是校企合作开发的基于工作过程专业（理论）课的课程。
信息光学是近40多年迅速发展起来的一门新兴学科，它是在全息术、光学传递函数和激光的基础上，从传统的、经典的波动光学中脱颖而出的。
与其他形态的信号处理相比，光学信息处理具有高度并行、大容量的特点。
信息光学已渗透到科学技术的诸多领域，成为信息科学的重要分支，得到越来越广泛的应用。
（二）课程定位该课程在专业课程体系中属于光电信息科学的理论基础课程，旨在培养未来从事光信息处理和光全息技术人员的专业能力。
该课程使学生能够结合光学信息处理和光全息的相关知识，开拓理论用于实践的方法和创新思路，提高自身解决实际问题的能力。
前导课程：高等数学、普通物理学、物理光学和应用光学后续课程：光纤通信（三）课程设计思路旨在培养学生扎实的光信息理论知识，能够为将来成为高素质应用型光信息处理和光全息技术人才打下基础。
主要包括知识技能和职业应用技能：通过系统学习信息光学的傅立叶变换、基尔霍夫标量衍射理论，使学生掌握一定的光学成像和光学全息特性，空间滤波及光学处理的能力，并能具体运用到实际光学工程问题。
二、课程目标（一）课程工作任务目标本课程是光电信息科学与工程专业的主要专业课程之一，设置本课程的目的是让学生掌握信息光学的基本概念、基础理论及光信息处理的基本方法，了解光信息处理和光全息的发展近况和运用前景。
（二）职业能力目标突出基本职业能力和专业能力培养要求，使学生熟悉光信息处理和光全息的基本技术知识，能够针对具体的光信息工程问题进行分析，并设计和实施解决方案，为今后从事光信息方面的生产，科研和教学工作打下基础。
三、课程教学内容及学时安排(一)课程教学内容（二）学时安排表“学时分配”中，“其他”主要指看录像、现场参观、课堂讨论、习题等教学环节。
四、课程实施针对信息光学的课程特点和教学内容，以讲授法为引导与辅助，以角色扮演法、案例教学法、情境教学法和师生互动为主要内容，形成以学生为主、以教师为辅的教学模式。
研究生-高等光学-联合傅里叶变换相关图像识别-实验指导
五．附录 1．系统主要配置:
序号 （1） （2） （3） （4） （5） （6） （7） （8） （9） 名称 HeNe 内腔激光器 光束扩束准直系统 马赫-曾德尔干涉系统 图像采集组件 黑白监视器 傅里叶变换透镜 检测平晶组件 电寻址空间光调制器 可变衰减器 Φ30mm Φ40mm 含 CCD;图像卡;图像软件 9 寸;带模拟输入 Φ50mm;f300mm Φ50mm 规格 632.8nm;2mW;DH-HN250 数量 1 1 1 1 1 2 1 1 1 1 1
式中前两项是各自的自相关，而后两项则是彼此的互相关。 一般采用实时的空间光调制器作为平方律探测器，取代记录胶片，可充分体现联合变换 相关器的优越性。 具体内容请参考《傅里叶光学.第二版》 （吕乃光）321-323 页。 本系统就是根据联合傅里叶变换相关识别原理组件的，目的是通过该系统的搭建和分 析，深入理解图像相关识别的原理。 2．系统结构 根据上面的联合傅里叶变换相关识别的过程的介绍， 整个图像识别包括两个步骤， 即联 合傅里叶变换光谱的记录和联合变换功率谱的逆傅里叶变换。 而且采用可实时处理的空间光 调制器可提高系统的处理能力。 下面提供一套参考光路，以理解设计的思想。在实际搭建中，可采用的光路结构很多。 如图 1-2 所示，从 He-Ne 激光器发出的光束通过反射镜 I 和分光镜 I 分成两路，一路用于获
监视器 （相关输出）
II
透镜 II
计算机 （功率谱）
参考图像 透镜 I 马赫-曾德 尔干涉仪
分光镜 III 图 1-2 系统示意图
图 1-3 典型实验结果
三．实验内容及步骤
参见图 1-4 搭建光路。 1. 调节激光管夹持器，将 HeNe 激光束 1 调节高度适中，水平（与台面平行） ，作为主光 轴（中心高） 。
光学图像识别专题
二、实验仪器
He-Ne 激光器一台、可变光阑一块、光密度盘一块、准直透镜一块、光学平晶一块、空间滤波器一 块、半透半反镜三块、全反射镜两块、目标物和识别物各一个、观察屏一个、傅里叶变换透镜两块、面 阵 CCD 光探测器一个、电寻址空间光调制器一台、偏振片一块、黑白显示器一台、微机一台、图像处 理软件一套
∆=
四、实验内容
f ′′ A′ ⋅ ⋅ 2a f ′ A′′
（10）
该专题实验内容可以概括为：将待识别的目标图像与参考图像通过马赫-曾德尔干涉仪并行输入相 干光处理系统，用 CCD 将联合傅里叶变换谱转换成功率谱，输入到电寻址的液晶空间光调制器 LCD 上， 再一次通过透镜的傅里叶变换形成相关输出， 由 CCD 探测并显示。 如果目标图像与参考图像的基本特征 一致，则输出图像具有一对明显的相关峰。由于内容较多，可分为三部分来完成。 （一） 调节获得宽束的准直平行光 光学实验前各光学元件是否调节到正常状态至关重要， 这不仅直接影响实验结果， 有时甚至由于仪 器没调好，致使实验无法进行。 光学元件及光路的调整通常分粗调和细调两步进行。 粗调即利用目测进行调整， 细调即利用光学系 统本身或其它光学仪器进一步调整。下面是本次实验要调整的内容和方法： 1. 使光线与光学平台平行。把激光束调到适当的高度，可变光阑通光孔径调到与激光束直 径大致相 同。反复调节激光器，使光阑在离激光器不同距离时，光束都正好通过通光孔。
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2. 调节所有光学元件使它们共轴，即使光束通过各元件通光孔中心，达到光轴重合。 3、 光束扩束和滤波。 光束扩束和滤波。 由于激光器出射激光为细激光束，为了进行扩束及消除扩束镜及在扩束镜前光束经过的光学元件上 的尘埃等产生的衍射光，实验中使用了针孔空间滤波器。空间滤波器由扩束镜（显微物镜） 、针孔及可 调支架构成。若针孔处于扩束镜后焦点处，细激光束经扩束镜后将聚焦在针孔上，针孔的作用是限制光 源的大小，可以认为此时针孔处为一个理想的点光源。
光学信息处理、图像识别
光学信息处理、图像识别
佚名
【期刊名称】《中国光学》
【年(卷),期】2004(000)004
【摘要】介绍了一种以DSP和CPLD为核心的激光雷达图像采集系统,阐述了系统工作原理、系统结构和软硬件设计。
系统以TMS32oC5402DSP芯片作为系统控制和图像处理的核心,通过双口RAM接收激光雷达图像数据,用CPLD根据场、行、列、写雷达图像4个同步输人信号生成双口RAM的地址信号实现图像存【总页数】10页(P42-51)
【正文语种】中文
【中图分类】TN958
【相关文献】
1.光学信息处理、图像识别 [J], ;
2.信息光学光学信息处理、图像识别 [J], ;
3.信息光学光学信息处理、图像识别 [J], 无
4.光学信息处理、图像识别 [J], 无
5.信息光学光学信息处理、图像识别 [J], 无
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光学信息处理 第六章 光学图像识别
平行光
参考信号可以沿x或y方向平移，例如可以通过计算机控制的步进电 机实施平移，从而相关峰的积分强度就是 g(x,y)的位置(,)的函 数，测得的相关函数c(,)将指示输信号f(x,y)与参考信号g(x,y)是 否相同，并给出它们精确重合时的位置。平行光可用相干或非相干 光。 这一识别过程把输入与参考信号g(x，y)的相似性度量转化为一点 的强度测量．
C、实际应用举例
光学成像导引头制导原理
Compact Vander Lugt Correlator （1）
Compact Vander Lugt Correlator （2）
Compact Vander Lugt Correlator （3）
引言
圆谐函数 • 旋转不变Vander Lugt相关器
模式识别
模式：一些供模仿用的、完美无缺的标本（广义）。 模式识别：识别出特定客体所模仿的标本。
光学模式识别
相关方法
频谱平面相关器(Frequency Plane Correlator,简称FPC) 联合变换相关器(Joint Transform Correlator，简称JTC)
神经网络方法
始于40年代晚期和50年代 1960年Cutrona 提出，利用透镜进行傅立叶变换. 1964 Vander Lugt在年提出复空间滤波，相关识别
真正引起普遍关注的
开发了各种技术、结构和算法，构造出高效的光学相关 器来实现光学模式识别.
第一个联合变换相关器（JTC）
Weaver和Goodman在1966年提出的 缺乏必要的接口设备，处于一种停滞的状态
5、灵活、实用。
6、自由度大。
7、设备结构简单、成本低。
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始于40年代晚期和50年代 1960年Cutrona 提出，利用透镜进行傅立叶变换. 1964 Vander Lugt在年提出复空间滤波，相关识别
真正引起普遍关注的
开发了各种技术、结构和算法，构造出高效的光学相关 器来实现光学模式识别.
第一个联合变换相关器（JTC）
Weaver和Goodman在1966年提出的 缺乏必要的接口设备，处于一种停滞的状态
模式识别
模式：一些供模仿用的、完美无缺的标本（广义）。 模式识别：识别出特定客体所模仿的标本。
光学模式识别
相关方法
频谱平面相关器(Frequency Plane Correlator,简称FPC) 联合变换相关器(Joint Transform Correlator，简称JTC)
神经网络方法
采用液晶光阀及电视显示终端的基本光学 系统
实际应用举例
A、 Vander Lugt 相关器基本装置
输入
显微物镜 准直物镜
付氏透镜
应用上面的图像识别系统可以进行： 1. 参考图像 g(x,y)的匹配滤波器的拍摄 2。输入图像 f(x,y)的辨认
输入
显微物镜 准直物镜
付氏透镜
在这个图像识别系统中，如f(x,y) 使用透明片输入，则为非实时化的。
（1） （4）
g(x,y) y
图4。3
G(u,v) v
x
u
R(u,v)
f
f
R(u, v) exp(iau) , a 2 sin
(2),(3)
滤波过程 成像过程
输入平面 f(x,y) y
x
f
傅立叶变换平面
T（u,v)
L1
L2
v
u
f
f
输出平面
F-1F(u, v)T (u, v)
•••
f
VLC基本装置
5、灵活、实用。
6、自由度大。
7、设备结构简单、成本低。
相关定理
c(x, y) f (x, y) g(x, y) f *( ,)g(x , y )dd
c(x, y) f (x, y) g(x, y) f *( x, y)g(,)dd
可改写为 c(, ) f (x, y) g(x, y) f *(x, y)g(x , y )dxdy
1. f(x,y)和 g(x,y)必须准确地叠合，以产生 最大的积分强度峰．
• 一旦两个图形有所错位，它们就不再准确 地重合，从而探测到的强度峰迅速消失， f(x,y) 就不能被识别。
2、局限性
仅能判别两个完全一样方位相同的图形，倘若 一个图形相对于另一个图形转 过一个角度， 或二者的比例有所不同，即便两个图形相同， 此相关器是无法识 别的。
二维条码
二维条码卡
读取设备：向激光、CCD发展
手持激光扫描器
手持二用激光扫描器
条码技术的特点 1、简单。条码符号制作容易，扫描操作简单。 2、信息采集速度快。条码扫描录入信息的速度是键盘录入 的20倍。 3、采集信息量大。一次可以采集几十位字符的信息。 4、可靠性高。误码率百万分之一，首读率可达98％以上。
易识别印刷体字符，却无法识别手写体字符．
可识别人脸的照片，但对真人的脸部的识别却 无能为力
Vander Lugt相关器 实时Vander Lugt相关器 Vander Lugt相关器小型化 旋转不变Vander Lugt相关器 比例不变Vander Lugt相关器
基本原理
VLC复数滤波器的记录 VLC识别
对于实时图象识别，可用透视型空间光调制器（SLM）来输入图形（例如液 晶显示器 LCD）。事先用CCD实时拍摄物体，并通过图像处理器把被拍摄 的物体像显示在LCD上．
L PH BS M OB RB MSF VLC AD CCD LCD SLM LCLV CMOS
Acronym 英文首字母缩写词
Lens
由此可以判定图形 f(x，y)和 g(x，y)的相似性．
平行光
参考信号可以沿x或y方向平移，例如可以通过计算机控制的步进电 机实施平移，从而相关峰的积分强度就是 g(x,y)的位置(,)的函 数，测得的相关函数c(,)将指示输信号f(x,y)与参考信号g(x,y)是 否相同，并给出它们精确重合时的位置。平行光可用相干或非相干 光。 这一识别过程把输入与参考信号g(x，y)的相似性 y)均为实数时，可进一步简化为:
c(, ) f (x, y)g(x , y )dxdy (1)
当 0时，c( 0,0 ) f (x, y)g(x, y)dxdy (2)
平行光
仅当输入信号 f(x，y)＝参考信号g(x，y)时，光强的 积分c(0，0)才达到极大值．
透镜
Pin Hole
针孔
Beam Splitter
分束器
Mirror
反光镜
Object Beam
物光束
Reference Beam
参考光束
Matched Spatial Filter
匹配滤波器
Vander Lugt Correlator
万德勒相关器
Array Detector
图像识别
光学相关器
Vander Lugt相关器
Vander Lugt相关器 实时Vander Lugt相关器 Vander Lugt相关器小型化 旋转不变Vander Lugt相关器 比例不变Vander Lugt相关器
联合变换相关器
实时联合变换相关器
什么是光学图像识别 光学图像识别的发展 光学图像识别应用
输入平面 f(x,y) y
x
傅立叶变换平面
T（u,v)
L1
L2
v
u
f
f
f
输出平面
F-1F(u,v)T (u,v)
•••
f
A、VLC复数滤波器的记录
T (u, v) G(u, v) R(u, v) 2 G(u, v) exp[iau] 2 G(u, v) 2 1 G(u, v) exp[ iau] G*(u, v) exp[iau]
1984年Yu和Lu报道一种实时可编程接口的JTC
JTC在不同的光学信息处理应用中扮演了重要的角色.
防伪技术
条码技术
计算机指纹扫描仪
指纹确认2秒 如美国Identix公司的指纹扫描设备在用一个
右手指正确匹配上接近100%。
军事上，导弹制导系统等 医学上，特定细胞识别、计数
一维条码