光学信息处理与全息术PPT课件教材讲义

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《光学信息处理技术》课件

光学信息处理技术在理论和实践中得到了广泛研究和应用。
光学信息处理技术的发展趋势
光学信息处理技术将更加智能化、高效化和便捷化，推动科技进步和应用创新。
结语
通过本课程，我们总结了光学信息处理技术的基本原理和应用，并展望了未来光学信息处理技术的发展可能性。
快速傅里叶变换是一种高效计算傅里叶变换的算法，可用于图像频谱分析和滤波。
数字图像处理技术
1 像素图像处理方法
像素图像处理方法以像素为基本处理单元，包括增强、滤波和分割等处理操作。
2 处理方法
数字图像处理方法包括变换、编码和压缩等技术，可用于图像编辑和图像信号分析。
3 区域处理方法
区域处理方法将图像分成不同区域，进行分割、特征提取和对象识别等操作。
光学信息处理技术广泛应用于图像处理、光学光学信息处理技术具有高速、高精度和免疫干扰等优点，但对环境光和噪声敏感。
基本光学信息处理技术
光学显微镜
光学显微镜是一种基于光学原理的图像放大装置，可观察细小物体及其结构。
光学干涉仪
光学衍射仪
光学干涉仪是一种利用干涉现象测量物体形状和表面特性的仪器。
《光学信息处理技术》 PPT课件
本课程介绍了光学信息处理技术的基本原理和应用。通过本课程，你将了解到光学信息处理技术的概述、基本方法、图像计算方法、数字图像处理技术、光学识别技术以及其发展前景。
光学信息处理技术概述
定义
光学信息处理技术涉及使用光学原理和技术处理和传输信息的一系列方法和技术。
应用领域
光学衍射仪利用光的衍射现象处理和分析光的信息，包括干涉、衍射和散射。
光学信息处理的图像计算方法
1
赫尔曼-默里变换

光学扫描全息ppt课件

光学扫描全息的应用领域
扫描全息显微镜
细胞显微图
三维图像识别
人脸识别Biblioteka 犯罪识别人脸识别系统
三维光学遥感
对地球表面进行拍摄
三维电视
Holoscreen就是把这一原理应用在了电视上。
看它後面的投影机相当
於光波资讯记录仪，它
的显示器就是用来显示
全息图的。它整个的萤幕是由 10mm 厚的玻璃制成。面积为 1.5m x 1.0m 长方形。外面有一透明的材料覆
激光束技术
是日本Science and Technology公司发明了一种可以用激光束来投射实体的3D影像，这种技术是利用氮气和氧气在空气中散开时，混合成的气体变成灼热的浆状物质，并在空气中形成一个短暂的3D图像。这种方法主要是不断在空气中进行小型爆破来实现的。
广东肇庆
激光技术用于武器制造
盖其上，面积比显示的
屏稍大一点，为 610mm x 814mm。从图中可以看到 Holoscreen整个占的面积比较大。它显示的画面是在半空中。
光学扫描全息涉及两个部分。
1. 光学扫描 2. 光外差法
光学扫描的基本原理
光学扫描的基本原理是光学扫描仪或光学处理器通过激光束扫描物体信息,光探测器接收所有扫描光束并输出一个既可以存储又可以显示的电信息,至此, 光信息被转换成电信息。采用传统光学检测器不能提取物光场的相位信息,然而全息图需要记录相位信息。
光学扫描全息
主讲人：胡建
首先我们观看一段影片
他为什么可以消失？
他是神仙？
光学扫描全息
光学扫描全息是一种独特的实时全息技术,它使用简单的二维光学扫描原理来获得一个三维物体的全息图,主要强调全息记录可以通过主动光学扫描原理完成。

高二物理竞赛光学信息处理PPT(课件)

按处理系统是否满足线性叠加：线性处理和非线性处理。
光
学
第五章变换光学与全息照相
2、阿贝—波特实验和空间滤波
当a=d／2，即缝宽等于缝的间隙时，直流分量为1／2，像场的复振幅分布仍为光栅结构，并且周期与物相同，但强度分布是均匀的，即实际上看不见条纹。
光
学
第五章变换光学与全息照相
光学信息处理可从不同角度进行分类：
相衬显微镜的原理是利用位相滤波器将物体的位相变化转换成光的强弱不同，从而能够被观察到。这对于研究生物细胞组织、金相表面、抛光表面以及透明材料的不均匀性等的检验很有用途。
光
学
第五章变换光学与全息照相
3、相衬显微镜的原理位相物体的透射系数可以写成
t x1,y1 expj x1,y1
对于弱相位物体，可以近似为：
光
学
第五章变换光学与全息照相
第四节光学信息处理
1、光学信息处理的概念 Gabor）发明，开始并没有引起人们的注意，只是到了60年代激光的发明使得全息术得到了快速发展，加博才为此获得了诺贝尔奖。
被记录物体反射率或透射率：
光全息主要研究记录携带物体形貌信息的光波的复振幅记录、再现及其应用的技术。
广义来说，若处理的是光学信息、或处理信息的手段是光学手段、或处理以后所得到的结果是光学信息，都可以称为光学信息处理。
被记录物体反射率或透射率： (x, y, z) 物光波（物光）: O(x, y)
参考光波（参考光）: R(x, y)
再现光： C(x, y) 全息记录介质(全息干板、光电记录器件）全息图
物光与物体的反射率和透射率及其传播方式有密切的关系
光
学
第五章变换光学与全息照相

《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

信息光学PPT课件第五章光学全息

)
Uc (x,
y, z)
Ae jkr
U
( x,
y,
z)
U( x, y, z) Ae jkr Aexp jk( x cos y cos z cos )
Uc ( x, y, z) Ae jkr U ( x, y, z)
共轭光波的数学表达式为原光波复振幅的共轭复数。
已知于是
参考波
R
记录介质上的的总光强为 I( x, y) O( x, y) R( x, y) 2
O
物波
记录介质
O( x, y) 2 R( x, y) 2 R( x, y)O( x, y) R( x, y)O( x, y)
O(x, y) 2 R(x, y) 2 2r(x, y)O0(x, y)cos (x, y) (x, y)
参考波
R
O
物波
记录介质
上图为波前记录的示意图,设传播到记录介质上的物光波前复振幅（对于理想单色光，其空间的复振幅分布是不随时间变化的）为
O( x, y) Oo ( x, y)exp j ( x, y)
传播到记录介质上的参考光波前复振幅
R( x, y) r( x, y)exp j ( x, y)
全息图片
全息图片
当照明光波与参考光波均为正入射的平面波时，入射到全息上的相位可取为零。这时U3和U4中的系数均为实数，无附加相位因子，全息图衍射场中的+1级和-1级光波严格镜像对称。由共轭光波U4所产生的实像，对观察者而言，该实像的凹凸与原物体正好相反，因而给人以某种特殊的感觉，这种像称为赝像。
如何得到三维的图像呢？
如果我们能够用某一种方法把物体光波（其中包含振幅和相位信息）以某种方式记录下来，则当我们想办法把物光波再现出来的话，就能再现三维的物体。

光学第七章光全息术

U（2 x,
y)
t
(x,
y)U（1 x,
y)
A1
t0
t1
cos k
x2 y2 2z0
A1t0
1 2
ik x2 y2
A1t1e 2z0
1 2
ik x2 y2
A1t1e 2z0
U0 U1
U1
0级为正出射的平面波 1级U1代表发散球面波，发散点为(0,0， z0 ) 1级U1代表汇聚球面波，汇聚点为(0，0，z0 )
Stephen Benton (1941-2003) as well, is amongst the pioneers of modern holography. He is the inventor of Benton holography, also referred to as rainbow holography (1969), a fascinating holographic process that allowed the subsequent realization of holograms that can be illuminated with white light, holograms that display in true colours, and holograms that display true color cinematographic animations
1、全息术(holography)原理
余弦型环状波带片的衍射
余弦型环状波带片的制备：
平面光和球面光干预，
U1(x, y) A1ei0，
U2 (x,
y)
ik x2 y2 /2 z0
A e2
*

信息光学第七章-光学全息ppt课件

引入一相干参考波，该参考波在H上产生的复振幅分布为
R x,yr0x,yejrx,y
那么，两波相遇叠加的总光场是
U x ,y O x ,y R x ,y
对应的强度分布为
I x , y U x , y 2 O x , y 2 R x , y 2 O x , y R * x , y O * x , y R x , y
➢用共轭参考波照明
火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂拥而出或留恋财物，要当机立断，披上浸湿的衣服或裹上湿毛毯、湿被褥勇敢地冲出去
2、波前记录与再现
✓用相干光波照射全息图，假定它在全息图平面上的复振幅分布为C(x,y)，
全息图的透射光场分布为 U t x , y C t x , y C t b C O 2 C O R * C O * R U 1 U 2 U 3 U 4
4、基元全息图分析
✓全息图可看作是很多基元全息图的线性组合，了解基元全息图的结构和
作用对于深入理解整个全息图的记录和再现机理非常有益。空域方法是把物体看作一些相干点源的集合，物光波前是所有点源发出的球面波的线性叠加。每一个点源发出的球面波与参考波干涉，记录的基元全息图称为基元波带片；频域方法是把物光波看作由很多不同方向传播的平面波分量的线性叠加，每一个平面波分量与参考平面波干涉而记录的基元全息图称为基元光栅。
火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂拥而出或留恋财物，要当机立断，披上浸湿的衣服或裹上湿毛毯、湿被褥勇敢地冲出去
1、引言
✓全息发展简史
➢ 1948年 Dennis Gabor 提出 “波前重现” 理论
目的：改善电子显微镜的分辨率光源：汞灯效果：因光源相干性差，效果很不明显

《光学信息技术原理及应用》(第2版)教学课件光学信息处理第1讲B

• 函数作为基元函数的情况。根据函数的筛选性质（A.7,或
《积分变换》P16中1.12式），任何输入函数都可以表达为
fx1,yf,x,ydd
• 积分就是“相加”,筛选性质表明任意函数都可以表示为无穷多的
函数的和,每个函数的“大小”被输入函数“调制”。
• 函数通过系统后的输出用算符可以表示为
gx2,y L f, x ,y d d
• 对于线性系统的一个重要子类——不变线性系统，分析才变得简单
• 大多数情况下，光学系统都可以看做不变线性系统
19
练习
1、已知函数 U x A ex j2 p f0 x 求下列函数，并作出函数图形。（1）U x 2（2） UxU*x （3）UxU*x2
2、已知函数
fx re x c 2 r te x 2 c t 求下列函数，
2
近代光学对信息时代发展的重要作用
• 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，神州五号搭载的相机拍到美国军用机场照片分辨率一米
3
信息光学的研究方法和用途
17
1.1.2 脉冲响应和叠加积分(2)
• 根据线性系统的叠加性质，算符与加(乘)法的顺序可以交换,算符与对基元函数积分的顺序也就可以交换
g x2, y f, L x , y d d
• 定义为系统的脉冲响应函数
h x 2 , y ; , L x , y
• 得到系统输出为 “叠加积分”
7
第一章二维线性系统分析
• 把光学系统看成二维线性系统---信息传输系统，而不是看成一个物理的成象系统或干涉、衍射系统

光学全息技术原理教学课件(一)

光学全息技术原理教学课件(一)光学全息技术原理教学课件光学全息技术是一项前沿方法，其应用范围非常广泛，包括图像处理、物体检测、光学数据存储等领域。

要有效学习光学全息技术，需要具备系统的知识体系。

而一篇关于光学全息技术原理的教学课件便是非常重要的一环。

一、课件概述光学全息技术原理课件应包含以下内容：1. 全息技术概述：全息技术的发展史、原理、应用领域。

2. 全息记录介质：全息技术常用的介质以及每种介质的优缺点。

3. 全息记录过程：全息图的构成、记录条件、全息图的类型等。

4. 全息图重建：全息图的重要性、重建机理、重建方式等。

5. 全息技术的应用：全息技术在不同领域的应用以及发展趋势。

二、课件重点1. 全息图构成：全息图由参考光和物体光相干叠加形成。

在全息图中，参考光为特定光源的光，而物体光为物体对光源的反射或透射，两者之间的干涉产生全息图。

全息图可以分为透明全息和反射全息。

2. 全息记录过程：全息图的记录需要在指定的环境和条件下进行。

在记录过程中，全息介质必须具有透明性或反光性，同时光的波长必须在介质内有透射或反射。

为了记录出高质量的全息图，需要注意光源、介质类型、拍摄距离等方面的要素。

3. 全息图重建：如何有效重构全息图是全息技术学习的重要部分之一。

重建方法包括共轭重建、逆变换、Fourier变换等。

选用何种方法，取决于记录的三维模型大小、全息介质的类型及记录条件等。

三、课件亮点1. 图像化：结合丰富的图像、矢量图以及演示视频，直观呈现全息技术原理，如全息图的构成、透明全息和反射全息的特点，以及不同重建方法的应用等。

使学生能够直接了解全息技术的整个学习过程和原理。

2. 交互性：优秀的课件应该是能够与学生进行互动交流的。

所以，在设计课件时要考虑到学习者的批判性思维和学习方法，为了吸引学生的注意力，应该让课件变得趣味化，尝试集成学生互动答题的功能，以提高他们的参与度和学习兴趣。

3. 实验室操作：在理论教学之余，必须要摆脱理论的束缚，让学生实际操作，从中学习。

光学全息技术原理ppt课件

；.
19
虚像
全息图
晕轮光直接透射光
z0
z0
实像
像的再现
；.
20
讨论：（1）分量U1是经过衰减的照明光波，代表沿底片轴线传播的平面波；（2）分量U2是一个透射光锥，主要能量方向靠近底片轴线，光锥的扩展程度取决于O(x,y)的带宽；
（3）分量U3 正比于原始物波波前O与一平面波相位因子exp(j2y)的积,表示原始物波将以向上倾斜的平面波为载波，在距底片z0处形成物体的一个虚像。（4）分量U4表示物波的共轭波前将以向下倾斜的平面波为载波，在距底片另一侧 z0处形成物体的一个实像。
1. 相干光源——激光器
2．防震平台及光学元件在几秒到几分钟甚至几十分钟内要求光路必须达到较高稳定度，光程差的变化量不得超过λ/10 常用的光学元件有：反射镜；扩束镜；针孔滤波器；光分束器；透镜；散射器等
3．全息实验光路设计原则（1）光程差的要求尽可能小（2）干板表面物光和参考光光强之比在1：2至1：10以内（3）空间频率的限制：物光和参考光的夹角应选择适当，使全息图的
U ( x ,y ) C ( x ,y ) t C b 'C tO ( x ,y ) 2 'R * C ( x ,y ) O R * ( x C ,y ) O
上述四项场分量都在同一方向上传播，其中直接透射光大大降低了像的衬度，且虚像和实像相距为 2Z0 ，构成不可分离的孪生像。当对实像聚焦时，总是伴随一离焦的虚像，反之亦然。孪生像的存在也大大降低了全息像的质量。同轴全息的最大局限性还在于我们必须假定物体是高度透明的，否则第二项场分量将不能忽略。这一假定极大地限制了同轴全息图的应用范围。
U’( x , y ) = R 0（O 0 2 + R 0 2）exp [- jφr ]

信息光学第08章ppt

光密度也称为黑度，等于透射率的倒数的对数，即
1 D lg T
在线性吸收条件下 D 2 L lg e 0.869 L 光密度的测量通常采用平行光束，分别测出入射光强和透射光强，相除后取对数即可得光密度之值。
6. E D 曲线
通常用 E D 曲线描述照片光密度与曝光量对数之间的关系曲线来表示其曝光特性，称为 E D曲线。下图所示的是负片的典型曲线，显然它是非线性的，但当曝光量小于ET时，光密度与曝光量无关，并且等于一个极小值，称为灰雾。在曲线的趾部，密度开始随曝光量的增加而增加，其后是一个密度与曝光量的对数成线性关系的区域，该区域的直线斜率称为胶片的值。在线性区，密度与曝光量的关系可以表示为
1962年苏联科学家丹尼苏克(U. Denisyuk)提出了反射全息图的方法，第一次用普通的白炽灯照明全息图观察全息像。由于脉冲红宝石激光器可辐射持续时间很短(短到几个纳秒)的强脉冲激光，这样，人们开始用激光脉冲全息记录运动的物体，如飞行子弹、喷射微粒、飞虫等，该方法后来开创了激光脉冲全息人物肖像的应用。 1965年，鲍威尔(R. L. Powell)、斯泰特森(K. A. Stetson)提出全息干涉术，物体施加应力前后经两次全息曝光，再现的全息像上的等高线显示物体变形的状况，这在材料的无损检测、流场分析等方面得到应用。1968年，本顿(S. A. Benton)发了彩虹全息术，这一发明可用白光观察全息图，看到记录物体的彩虹图，这是全息术的重要进展。由于激光再现的全息图失去了色调信息，人们开始致力于研究第三代全息图。第三代全息图是利用激光记录和白光再现的全息图，例如反射全息、像全息、彩虹全息及模压全息等，在—定的条件下赋予全息图以鲜艳的色彩。
8.1.5 基本术语

《光学信息技术原理及应用》(第2版)教学课件光学信息处理第18讲

右眼
左眼
15
彩色全息术
单波长激光记录的全息图是单色的。彩色全息术的目的则是记录和再现彩色三维全息图像。
彩色全息术涉及两个基本问题：三原色信息的获取和再现。
三原色信息的获取有两种方法：一种是用含有三原色的复合激光作为光源照明彩色物体另一种方法是对彩色二维图片进行分色处理，以黑白的三原色图片作为全息记录的物
8
两步法和一步法记录彩虹全息比较
• 二步法优点：记录全息图的观察范围比较大采取合适的记录光路有较大的能量利用率
缺点：二步记录制作过程比较烦琐全息图的噪声较大
• 一步法优点：噪声小，制作步骤简单缺点：观察范围受成像透镜相对口径限制制作大体积物体需成本高昂的高质量大口径透镜
• 除一步法和二步法外，还有像散彩虹全息，综合狭缝法，条形散斑屏法，零光程法，一步掩膜法等
3
白光再现全息
用白光再现全息图，会出现严重的色模糊，研究如何用白光再现全息图像是显示全息的主要研究内容之一
实现白光再现全息通常有三种方法：像面全息；彩虹全息；反射全息
用这些手段可制作多种类型的全息图，例如彩色全息，合成全息，消色差全息等等
近几年来，出现了一种新的与计算机紧密结合的数字像素全息，制作方法与常规的显示全息不同，效果很难用通常的全息技术得到
全息技术正逐渐从实验室走向市场，全息图的大批量复制技术起了很大作用
4
线全息图消色模糊原理
O B P
O A
P
图9 .2
设记录的物光是点光源，白光再现时，像O和O的波长分别对应A和 B。人眼看到的色散像是全息图不同区域衍射的不同波长光
如果把记录物光波的面积限制在一窄条上，仅有A进入人眼，这时人眼看到的像是单色像O，也就是消除了色模糊