《光学》课程教学资源（课件讲稿）第五章 傅里叶变换光学 第四节 信息光学图像处理技术

Optics第五章傅里叶变换光学第四节信息光学图像处理技术

第五章 傅里叶变换光学 第四节 信息光学图像处理技术

Optics5.4信息光学图像处理技术5.4.1光学图像处理概述5.4.2空间滤波实验5.4.3相干光学图像处理系统5.4.4图像的加减5.4.5图像的色彩处理5.4.6光学图像处理实际应用举例

5.4 信息光学图像处理技术 5.4.1 光学图像处理概述 5.4.2 空间滤波实验 5.4.3 相干光学图像处理系统 5.4.4 图像的加减 5.4.5 图像的色彩处理 5.4.6 光学图像处理实际应用举例

Optics5.4.1光学图像处理概述光学图像处理概述光学图像处理的对象：光学图像，包括照片、底片、图片等。图像处理的自标：改变图像的反差，使模糊图像清晰化，消除图像中的噪声，图像相加减，特征识别，对黑白图像进行假彩色编码，等等。其他类型信号的处理：被处理信息是这些信号必须首先转换成光信号或光学图像，然后用光学信息处理系统进行处理。如：电信号(电压、电流），机械信号(重量、长度、角度、速度、应力应变），声音信号，温度信号

5.4.1 光学图像处理概述 光学图像处理概述 光学图像处理的对象：光学图像，包括照片、底片、图片等。 图像处理的目标：改变图像的反差，使模糊图像清晰化，消除图 像中的噪声，图像相加减，特征识别，对黑白图像进行假彩色编 码，等等。 其他类型信号的处理：被处理信息是这些信号必须首先转换成光 信号或光学图像，然后用光学信息处理系统进行处理。如：电信 号(电压、电流)，机械信号(重量、长度、角度、速度、应力应变)， 声音信号，温度信号

Optics5.4.1光学图像处理概述光学图像处理概述较高空间频率的分量决定了图像的细节

5.4.1 光学图像处理概述 光学图像处理概述 较高空间频率的分量决定了图像的细节

Optics5.4.2空间滤波实验空间滤波的概念相干光学系统的概念按照阿贝成像原理，物光波首先在傅氏面上形成衍射斑，然后衍射斑发出的光波在像平面上相干叠加形成像Lens2Fourierplaneglr.yLensImageplanefx.yPlanewave图片选自FundamentalsofPhotonics,Saleh&TeichObjectplane原理在透镜的像方焦面F（傅氏面）上，反应了物信息的全部空间频谱信息，因此，可以在F'这一频谱面上，安置不同结构的光阑，用于提取或槟弃某些频谱（选频）1从而改变原物频谱，以完成图像信息的处理（改变像）

5.4.2 空间滤波实验 空间滤波的概念 在透镜的像方焦面F'(傅氏面)上，反应了物信息的全部空间频谱信息，因 此，可以在F'这一频谱面上，安置不同结构的光阑，用于提取或摈弃某些 频谱（选频），从而改变原物频谱，以完成图像信息的处理（改变像）。 原理 按照阿贝成像原理，物光波首先在傅氏面上形成衍射斑，然后衍射斑发出 的光波在像平面上相干叠加形成像。 相干光学系统的概念 图片选自Fundamentals of Photonics, Saleh & Teich

Optics5.4.2空间滤波实验空间滤波空间滤波器能够改变光信息空间频谱的器件，都被称为光学滤波器，或常被称为空间滤波器（spatialfilter）。空间滤波器也有振幅型、相位型、以及相幅型之分。LensdMaskgir.yiLensImageplaneAx.ylFourierplanePlanewavePlaceamaskintheFourierObjectplaneplanetofiltertheimage图片选自FundamentalsofPhotonics,Saleh&Teich

5.4.2 空间滤波实验 空间滤波 图片选自Fundamentals of Photonics, Saleh & Teich 空间滤波器 能够改变光信息空间频谱的器件，都被称为光学滤波器，或常被称为空间滤 波器（spatial filter）。空间滤波器也有振幅型、相位型、以及相幅型之分

Optics5.4.2空间滤波实验空间滤波的实例低通滤波原始图像高通滤波

5.4.2 空间滤波实验 空间滤波的实例 原始图像 低通滤波 高通滤波

Optics5.4.2空间滤波实验空间滤波的仿真结果滤波器.输出像输入图像EEETEIEE低通高通低通高通带通低通输出输入图像高通输出

5.4.2 空间滤波实验 空间滤波的仿真结果 输入图像 低通输出 高通输出 低通 高通 低通 滤 波 输出像 器 输入图像 高通 带通

Optics5.4.2空间滤波实验典型的空间滤波水平狭缝的傅氏面频谱及其像特征x。方向单缝的衍射斑是Nx方向分布的一系列点·x方向单缝的衍射斑是物平面像平面频谱面傅立计方向分布的一系列点原因分析（以竖直方向为例）竖直狭缝的傅氏面频谱及其像·相干光源（即傅氏面上的衍射斑）具有沿方向分布的相位差因而在y方向进行相干叠加，形成具有y分布的干涉条纹；物平面三像平面没有沿x方向部分的相位差，因而在x方向均匀照明占主导因素干涉条件难以满足。所以干涉傅招祥笠条纹仅具有沿方向的强度差异

5.4.2 空间滤波实验 典型的空间滤波 物 平 面 像 平 面 傅 立 叶 频 谱 面 x y z • y方向单缝的衍射斑是 x方向分布的一系列点 • x方向单缝的衍射斑是 y方向分布的一系列点 水平狭缝的傅氏面频谱及其像 竖直狭缝的傅氏面频谱及其像 物 平 面 像 平 面 傅 立 叶 频 谱 面 x y z 特征 原因分析（以竖直方向为例） • 相干光源（即傅氏面上的衍射 斑）具有沿y方向分布的相位差， 因而在y方向进行相干叠加，形 成具有y分布的干涉条纹； • 没有沿x方向部分的相位差，因 而在x方向均匀照明占主导因素， 干涉条件难以满足。所以干涉 条纹仅具有沿y方向的强度差异

Optics5.4.2空间滤波实验典型的空间滤波矩形孔的傅氏面频谱及其像X频谱面傅立像平面物平面N2相干光源具有二维分布的相位差，因而干涉形成具有二维强度分布的干涉花样网格的傅氏面频谱物平面傅氏面频谱

5.4.2 空间滤波实验 典型的空间滤波 矩形孔的傅氏面频谱及其像 物 平 面 像 平 面 傅 立 叶 频 谱 面 x y z 相干光源具有二维分布的相位差，因而干涉形成具有二维 强度分布的干涉花样。 网格的傅氏面频谱 物平面 傅氏面频谱