信息光学考题.doc

判断题1、反射型体全息图用白光再现时，再现像是单色的。 （）、空间滤波系统中，在频谱面加微分滤波器可以实现图像边缘增强。（）3、白光光学信息处理系统中，由于白光是非相干光，所以系统不存在物理上的频谱面，因而无法利用空间滤波的方法进行图像处理。（）4、系统即具有叠加性又具有均匀性，则这种系统称为线性系统。（）5、利用彩虹全息图制作的模压全息图是反射型全息图。 （）6、反射型体积全息图，可以利用白光再现，再现象是彩色像。 （）7、空间滤波系统中，在频谱面上放入低通滤波器，可以使像面得到的图像边缘增强。 （） 8、复数空间滤波器可采用光学全息或计算全息的方法来制作。 （）9、非相干光学信息处理系统无法实现两幅图像的相关和卷积运算。 （） 10、液晶光阀是一种光寻址空间光调制器。（） 填空题 1、匹配滤波图像识别系统中，假定基准图像为s(x,y)，s(x,y)的付里叶变换为S(,)，则匹配空间滤波器的透过率函数H（,）满足 。2、列举四种二元振幅滤波器： 、 、 。3、设f(x,y)在方向的最大空间频率为，方向最大空间频率为，对函数f(x,y)抽样，则抽样间隔x，y应满足 。4相干光信息处理系统中，各透镜的作用是 。 5、 卷积运算有两种效应，一种是 ，还有一种就是被卷函数经过卷积运算，其细微结构在一定程度上被消除，函数本身的起伏振荡变得平缓圆滑，这种效应是_。6、写出两种光学相关图像识别的方法： 、 。7、列举三种计算全息编码方法： 、 。8、空间光调制器按寻址类型分类，可分为 寻址和 寻址两种。 9、 的傅里叶变换是 。10、把抽样间隔满足奈奎斯特抽样定理，经过抽样后的图像还原成原图像有两种途径 ，分别为：叙述题、 说明模压全息图的制作过程。、 彩虹全息照相中使用狭缝的作用是什么？ 3、 讨论在白光光学信息处理系统中，采用何种方法，使该系统既不存在相干噪声，又在某种程度上保留了相干光学处理系统对复振幅进行运算的能力。4、 讨论相干和非相干光学信息处理系统的优缺点。 证明题 1.给定正实常数f0和实常数a与b,求证：(1)若 、 则 (2）若 则 计算题1. 已知线性不变系统的输入为 系统的传递函数为 ,若b取下列数值，求系统的输出。并画出输出函数及其频谱的图形。(1)b=1 (2)b=3 2. 一个二维的物函数f(x,y)，在空域中尺寸为10*10mm2，最高空间频率为5线/mm，即其最大带宽。若要制作一张傅里叶变换计算全息图，物面上最少的抽样点数为多少？ 解：由于物函数的最高空间频率为5线/mm，即其最大带宽。根据抽样定理，若限带函数在频域中 以外恒为0，函数在空域范围 范围内抽样数至少为 3. 用波长 l0= 632.8nm 记录的全息图，然后用 l= 488.0nm的光波再现，试问：（1）若lo = 10cm，lc = lr = ，像距li =？（2）若lo = 10cm，lr = 20cm，lC = ，li =？ （3） 第二种情况中，若lC改为lC = -50cm，li =？ （4）若再现波长与记录波长相同，求以上三种情况像的放大率M = ？ 大题1. 在4f系统中,在x1y1平面上放置一正弦光栅,其振幅透过率为 (1) 在频谱面的中央设置一小圆屏挡住光栅的零级谱,求像的强度分布及可见度;(2) 移动小圆屏,挡住光栅的+1级谱,像面的强度分布和可见度又如何?解:按一般程序应先求出t(xl)的频谱,然后求出滤波后的频谱,再作逆傅里叶变换而求得像,但也可按如下方式考虑.(1)设用振幅为1的单色平面波垂直照明物平面,频谱面上的零级斑对应于物平面上与t0项相联系的直流信息,所以挡住零级斑相当于完全通过系统的物信息为所以输出的信息成为输出图像强度成为可见度为（2）如果挡住+1级谱，输出强度又如何变化呢？我们可以把输入图像的物信息展开谱平面上的+1级谱与上式中第二项对应应，挡住+1级谱后完全通过的物信息为输出图像的强度分布为除直流分量以外，其交流成分的空间频率仍旧是x0，但条纹的可见度降为2. 在4f成像系统中，为了在像面上得到输入图像的微分图像，试问在频谱面上应该使用怎样的滤波器？并说明滤波器制作方法。解：设输入图像的复振幅为u0(x1),其频谱为U0（x），因此有又设输出像的复振幅为ui(x3),由题知透过变换平面的频谱应为滤波函数为可取正、负两值。为实现负值，可将两块模片叠合，一块是振幅模片，其透过率为一块是相位模片，做成在x的正范围和负范围中，其相位差为p的相位掩模，其透过率函数为微分运算的j2px滤波器3. 光学联合变换相关器(JTC)最早是由Weaver 和Goodman，以及Rau 提出来的.图4.15 联合变换功率谱的记录 S(u,v)称为f(x,y)和g(x,y)的联合傅里叶谱. 关于位移的变换法， S(u,v)则改写为式中F(u,v) f(x,y), G(u,v) g(x,y)如果用平方律探测器测量透镜后焦面的图形，得到光强分布它就是联合傅里叶变换的功率谱.对联合功率谱|S(u,v)|2再进行一次傅里叶逆变换，得到 在 z 轴上平移 2a；在 z 轴上平移2a的距离；o1 (z,h)与o4(z,h)重叠在输出平面中心附近，称之为0 级项，它们不是信号两个互相关项 o2 (z,h) 和 o3(z,h) 为一级项，正是我们寻求的相关输出信号，它们在输出平面上沿 z 轴分别平移 2a 和2a，因而与0 级项分离在 f(x,y) 和g(x,y) 相同的情况下，o2 (z,h) 和 o3 (z,h) 的函数形式相同4. 若要使花、叶、背底三个区域呈现三种不同的颜色，可在同一张胶片上曝三次光，每次只曝其中一个区域，并在其上覆盖某一取向的朗奇光栅，三次分别取三个不同的取向，如图中线条所示。将这样的调制片输入4f系统，用白色平行光照明,谱面上加以适当的滤波器5. 摄影时由于不小心，在横向抖动了2a，形成两个像的重影，设计一个改良此照片的逆滤波器解：在此情况下造成成像缺陷的点扩散函数为 hI(x, y) = d(x + a) + d(x - a)它的傅里叶变换(即有成像缺陷的系统)的传递函数 Hc 为 逆滤波器H (x, h) 的透过率函数为 6.设计一相干光学信息处理系统，在输入面输入一幅图像，在输出面得到多幅与输入图像相同的图像按方阵排列。要求：画出实现光路图，标明各光学原件的名称及作用。说明实现原理。方法：利用正交光栅滤波器输入图像设输入图像为g(x,y)置于P1平面；P2平面放置一正交朗奇光栅，其振幅透过率为P2平面后的光场: u2 = F | g(x, y) | F(u, v)P3平面得到的输出光场: 式中后两项的卷积形成了一个sinc函数的阵列，事实上它可近似看成是 d 函数阵列，物函数与之卷积的结果是在 P3平面上构成输入图形的多重像。