文档介绍：光信息处理概述
用改变频谱的手段来处理信息。
信息光学也称为变换光学或付里叶光学,
代激光问世后,迅速发展为一门新的光学学科。
基本思想:
用频谱的语言分析物面的信息,
物面
空间频谱分析系统
空间频谱
频谱处理系统
处理后的物像
本世纪60年
它的基本概念起源于上世纪后期。
1
例如光栅:
:
单位长度内空间分布重复的次数
任何周期性空间分布,都有一定的空间频率,
d —空间周期,
—空间频率
dx
同
相
面
x
z
0
z
( x z 面)
又如单色平面波,
空间周期为
方向z:
空间频率
方向x:
空间周期
空间频率
对传播方向z:
2
可见,同一个波在不同方向空间频率也不同。
对任意方向传播的单色平面波:
x
z
0
z
y
3
x方向:
——衍射角
y方向:
由明纹条件
有
y
⊙
x
z
G
L
k
f
F
(物)
(焦平面)
4
阿贝从波动光学角度对透镜成像做了新解释,
一定的对应一定的 fx ,也对应一定的 k 。
(1)物是一系列不同的空间频率信息的集合,
的讨论:
对
中央明纹反映的是物上不变化的部分。
(2)物上不变的部分d ,
即 fx= 0,= 0。
(E. Abbe)成像原理
他指出,成像过程可分解为两步:
5
入射光经物平面发生夫琅禾费衍射,
在L的焦平面上形成一系列的衍射斑纹,
此即物的空间频谱。
第一步:
各衍射斑纹发出的子波在像平面上相干
第二步:
叠加形成物的像。
+1
1
0
f
F
发子波
物面
L
A
A
像平面
相干叠加成像
频谱面
1
+1
6
这样,我们对夫琅禾费衍射又有了新认识:
理想的夫琅禾费衍射装置—透镜,正是一个付
在数学上我们可以将一个函数作付里叶展开。
同样,一张图(物)也是由许多不同空间频率
单色光正入射到图上时,
通过夫琅禾费衍射,一定空间频率的信息就被
一束特定方向的衍射波输送出来,
的单频率信息所组成。
并且以衍射
斑纹的形式展现在透镜 L 的焦平面上。
所以,
里叶频谱面(付氏面)。
里叶频谱分析器,
透镜的后焦面就是图片的付
7
一个透镜就是一个光学模拟计算机。
以上认识给了光学一个强有力的数学手段—
付氏分析,
也给了数学上的付氏变换的运算提
供了一个新技术—光学计算术。
光学模拟计算机的优点:
1)能直接处理连续函数,不需要抽样离散化…
2)能直接处理二元函数 f (x , y)。
3)是并行输入,光束交叉可独立传播。
4)速度快,不受 RC 时间常数限制。
5)装置简单,价格低。
8
光学模拟计算机的不足:
1)直接处理数据信号很困难。
2)易受干扰。
3)只能进行付氏变换运算,作其它运算困难。
光学专家和计算机专家们正在探索光学计算
机由模拟化走向数字化。
利用光学双稳态元件
(如一些电光晶体器件),
可以在电信号的控制下,达到透光和不透光,
即实现(0,1)状态,
从而可实现数字化。
9
光开关的速度 10亿次/秒
运算速度 100万次/秒
不久达到几亿次/秒
贝尔实验室数字光处理器:
1993年 1cm2 GaAs衬底上集成了一百多个
电泵浦微型激光器
光计算机要求光子元件小型化、集成化
——集成光路
光子技术是本世纪初国际技术竞争的焦点之一。
美国防部将此列为22项关键技术之一。
同年美国研制成了世界上首台光计算机。
10