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傅里叶光学原理及系统设计:光信息处理方法

【摘要】:非相干光信息处理是指用空间非相干光照明,对输入信号的光强分布进行运算和处理的技术。所以在通常情况下,非相干光处理系统输出图像的信噪比总是优于相干光处理系统。③ 非相干光系统不仅可以处理单色图像信息,而且更适宜处理彩色图像信息。此外,非相干光处理系统还具有光源容易获得、对环境的限制较少、便于操作等优点。

非相干光信息处理是指用空间非相干光照明,对输入信号的光强分布进行运算和处理的技术。按照频谱分析的观点,非相干光信息处理本质上也是一个空间频率滤波过程,即通过空间频率滤波来改变系统的光学传递函数,实现某种成像性质综合的目的。

非相干光信息处理存在着两方面的局限:① 由于在光学系统中不存在一个输入信号光强分布的频谱平面,因此不可能像相干光处理那样,直接在系统频谱平面上放置空间滤波器,通过频率平面的相乘运算,逐点改变各个空间频谱分量,实现像的综合。在非相干成像系统中,系统传递函数正比于光瞳函数的自相关,因此只能通过在瞳孔平面放置某种形式的掩模片来改变系统传递函数。其灵活性远不如相干光处理系统。② 由于系统传递和处理的物理量是光强分布,因此系统点扩散函数只能是非负的实函数。当某些滤波操作需要系统点扩散函数具有双极性性质时,就必须利用双通道处理技术,使得运算过程更为复杂。(www.chuimin.cn)

尽管如此,但由于目前大多数光电仪器设备仍然通过非相干光获取信息,而且非相干光处理系统具有一些相干光处理系统无法比拟的优点,因此在许多应用领域仍然受到重视。① 在空间(或时间)非相干照明条件下,系统在信道上是高度冗余的(相干光处理系统是非冗余系统),一个信号可以通过多个信道传输,到达输出面再作非相干叠加。通过各个信道的平均作用,可以有效地抑制系统噪声。可以证明,如果单一信道相干光处理系统的信噪比(信号强度与噪声方差的比值),则N个信道的非相干光处理系统的信噪比为。所以在通常情况下,非相干光处理系统输出图像的信噪比总是优于相干光处理系统。② 非相干光处理系统可以直接以物体的强度分布作为输入信号,而不必像相干光处理系统那样,必须利用照相胶片或空间光调制器之类的器件实现光强-振幅透射系数的转换。这样,许多光电显示器件(如TV、LED、CRT等)产生的信号都可以直接作为系统的输入,为处理系统的数字化提供了有利的条件。③ 非相干光系统不仅可以处理单色图像信息,而且更适宜处理彩色图像信息。此外,非相干光处理系统还具有光源容易获得、对环境的限制较少、便于操作等优点。近十多年发展起来的白光信息处理技术,采用白光点光源照明,通过降低光源的时间相干性而保留空间相干性,既满足了频率平面相乘运算的简单灵活性,又获得了信道上的冗余性,这种兼具相干光和非相干光处理技术优点的系统,在应用领域取得了一些很有意义的成果。