第6章(3)非相干光处理分析

I t1( x, y)t2 ( x, y)dxdy
若使t2在x和y方向分别移动x0,y0，则t2(-x,-y)变成为
t2 ( x x0 ),( y y0 Baidu Nhomakorabea t2 ( x0 x, y0 y)
这时探测器的响应为
I ( x0 , y0 ) t1( x, y)t2 ( x0 x, y0 y)dxdy
例如,在图中的第三通道中,由于透镜表面的尘埃挡掉了来自物体 某一部位的信息,但它还可以从另外两个通道传到输出面.另外,即使 系统内各处都有尘埃或缺陷,但由于不同的路径所通过的光学系统 的区域是不相同的,也就是说不同通道上的噪声分布是不相同的,而 这些通道上各光场之间互不相干,故输出平面上的噪声是不同通道 上噪声的强度相加,最终的结果就是对噪声的平均.因此,用空间非相 干扩展光源可提高输出图像的信噪比.
但由于输入、输出限于实的非负函数，使得非相干系统处理双极 性函数和复值函数有困难。需要采用一些特殊的方法，如，为实 现双极性运算，一种方法是加足够大的偏置量（均匀光强）使所 有负值信号变为非负的。也可以采用多通道综合。非相干系统没 有一个频谱面，不便于对输入函数的频谱进行直接的滤波。
6.7.2 基于几何光学的非相干处理系统
(10.2.1)
t1( x, y)
t2(x, y)
上图是实现这一运算的系统.透镜L2将tl以相等大小成像在t2上,而 透镜L3将透过t2的一个缩小像投射到探测器上.若使其中一张透 明片匀速运动,并把测量的光电流响应作为时间的函数,就可以实
现tl和t2的一维卷积.例如,让透明片t2按反射的几何位置放入,使 得(10.2.1)式变成
第6章 (3) 非相干光处理
非相干光学处理是指采用准单色扩展光源产生的 非相干光作为的信息的载体,系统传递和处理的基本 物理量是光场的强度分布.
早期的光学处理多属于非相干光学处理。20世纪60 年代以来，由于激光可作为高质量相干光源以及全息 术的推动，相干光处理的研究极为活跃。一度曾使非 相干光技术相形见绌。而到了20世纪70年代末，由于 相干光处理的某些固有缺点难于克服，非相干光处理 才再度受到广泛重视，加快了研究的步伐。
本章第8节介绍一类新的处理方法,它采用非相干 光源照明(白光）,但采取了一些提高空间相干性和时 间相干性的措施,从而在某种程度上既保留了相干处 理系统对复振幅进行运算的能力,又增加了处理的灵 活性,已受到愈来愈多的重视.
6.7.1 相干与非相干光学处理
1. 相干与非相干光学处理的比较
相干光处理系统利用透镜傅里叶变换性质，能在特定平面上提 供输入信息的空间频谱，在这个频谱面上安放滤波器，可以巧 妙的进行频域综合，实现空间滤波。但是却存在几个固有的缺 点：
显然光电探测器测得的 I ( x0 , y0 )
输出
S
L1
P1
L2
P2
L3
P3
图a 相干系统
2.非相干光学处理系统的噪声抑制
图b的非相干系统，仅画出扩展光源上两个点源产生的两束不同 方向的平面波照射物体。如果在某一通道中，由于透镜表面的 灰尘挡掉来自物体某一部位的信息，它还可以从另外的通道传 递到输出面。显然，由于采用扩展光源，信息可以有更多的通 道传输，增大了系统的冗余度，大大削弱了噪声的影响。
非相干光处理不产生散斑效应。它对于光学元件上的灰尘或 其他表面缺陷的影响也很不敏感。
如图a所示，在相干系统中，物体被单一方向平面波照明，物
体信息承载在一个光学通道上，它对噪声很敏感。例如，透
镜表面一粒灰尘，就会挡掉来自物体某一部位射来的光线，
使该部位信息丢失，而在输出面产生灰尘的衍射图样。
输入
灰尘
1. 卷积和相关
实现两个函数的卷积和相关是光学信息处理中最基 本的运算,在相干光学处理系统中这些运算是通过两次 傅里叶变换和频域乘法运算完成的.非相干处理系统由 于没有物理上的频谱平面,故不能按照同样的方法处理 .但是从空域来看,卷积和相关运算都包括位移、相乘 、积分三个基本步骤,采用非相干成像系统也可以完成 这些运算.
1、相干噪声问题。
漫射表面在相干光照射下，会在输出平面产生散斑。光学元件 上的灰尘、划痕及其他表面缺陷也会在输出平面产生各种衍射 图样。这些噪声明显降低了输出图像的质量。
2、输入和输出上存在的问题。 由于信息以光波场的复振幅分布的形式在系统中传递和处 理，这就妨碍了普通的阴极射线管和发光二级管阵列作为 输入器件。虽然可以用照相胶片作为输入透明片，但为了 消除乳胶和片基厚度变化引入的附加位相起伏，应采用专 门的装置-液门（由两块光学平板组成，在两块平板之间 插入胶片和注入折射率匹配油）。如果采用空间光调制器 （SLM）来实现非相干光-相干光转换，对其光学质量和 动态范围的要求十分苛刻。此外，在探测相干系统的输出 时，由于只能做强度记录，失去了输出地位相信息。
1、成像法
若把强度透射率为tl的一张透明片在强度透过率为t2的另一张 透明片上成像,那么在第二张透明片后面每点的光强都正比于乘 积tl t2.所以用光电探测器来测量透过两块透明片的总强度时,给 出的光电流I为
t1( x, y)
t2(x, y)
实现一个乘积的积分系统
I t1( x, y)t2 ( x, y)dxdy
扩展光源引入的多余通道
用三个互不相干的点光源代表单色空间非相干扩展光源.光源放 在准直透镜LI的前焦面上.显然,不同点光源发出的光经准直透镜 后,将通过不同的路径到达像面.由图可见,不同路径的光所成的像 是相互重叠的,也就是不同通道上的信号是相同的.这就使得光学 元件上的尘埃或其表面缺陷对图像的影响微不足道。
非相系统的输入才、输出信息都是光场的强度分布，是实值函数。 电视图像、LED阵列、自发光或漫反射物体（如印有文字图像的 纸张）等都可以用作输入。使用胶片时，仅考虑强度透过率，自 然不受乳胶和片基厚度变化的影响，不需要使用液门，也不需要 更复杂和更昂贵的空间光调制器（SLM）作非相干-相干光的转换。 这不仅使系统用起来简便，且大大拓宽了应用范围。一般的，非 相干系统较之相干系统在物理上更容易实现。