光信息处理

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1、光信息处理光学信息处理技术是将一个图象所包含的信息加以处理从而获得人们所需要的图象或其他信息的技术。它是现代光学的重要应用之一。它涉及的物理原理有空间频率、夫琅禾费衍射和阿贝成象理论等。下面简述其概要。1、空间频率与光学信息大家已很熟悉“频率”这个概念了。例如，在简谐运动表达式xA=+cos2(πνφt0)（1）中，v就表示频率。它的意义是单位时间内振动的次数，与之相应的周期T=1/v是振动位移相邻两次达到极大值所隔时间。这里频率和周期都是周期性运动的时间特征的描述，应该明确称它们为时间频率或时间周期。我们还知道如（1）式的简谐运动是最简单的

2、周期性运动，几个简谐运动可以合成一个比较复杂的周期性运动。反过来，一个周期性运动可以分解为若干个不同频率的简谐运动。已知一个周期性运动，求组成它的各个简谐运动频率及相应振幅的方法叫傅里叶分析，所得的频率和相应振幅的集合叫该周期性运动的（时间）频谱，周期性运动的频谱取一系列分立值。非周期性运动也可用傅里叶分析求其频谱，不过其频谱分布是连续的。光学信息处理的对象是图象。一幅图象必然是各处明暗色彩不同，这是一种光的强度和颜色按空间的分布。这种空间分布的特征可以用空间频率来表明。例如，一张绘有等距离平行等宽窄条的图片（图1），其明暗分布就具有空间周期

3、性。相邻两条之间的空间距离d可以叫做空间周期，其倒数f=1/d为单位长度内的条数，就叫空间频率。在图1中由于窄条垂直于x轴，只要用一个空间频率fx就可以表示图象特征。如果直条是斜的，其特征（还包括其倾斜度）就需要用两个空间周期dx和d（图y2），或相应的两个空间频率fx=1/dx和fy=1/dy来表示了。对比简谐运动，可以想象最简单的图片的明暗分布是简谐分布，其“明亮度”D可以写成DDD=+cos2(πfx+φ)（2）000其中第二项和（1）式完全一样，只是把时间变量t换成了空间坐标变量x，而取代时间频率v的是空间频率f。很明显，（2）式的空

4、间周期是d=1/f，因为D(x)=D(x+d)。对比简谐运动的合成，可以了解明暗分布有周期性的图象，如图1和图2那样的窄条，可以认为是由许多像（2）式所表示的那种简谐明暗分布组合成的。因此，一般地说，也可以用傅立叶分析的方法求出一幅图象的明暗所组成的各个空间频率及相应的“振幅”，也就是“空间频谱”。明暗具有空间周期性的图象的频谱中各空间频率（包括fx和fy）具有分立的值，而非周期性图象的频谱中的频率值是连续的。频谱中相应较大空间周期的成分是“低频”成分，相应于较小空间周期的成分是“高频”成分。图象的粗略结构具有较低的空间频率，细微结构具有较高

5、的空间频率。一幅