《光学信息处理》课件：第五章 相干光学信息处理.pptx

1、图像处理多重像的产生图像相加减光学微分匹配滤波图像识别用逆滤波器消模糊 5.1图像处理 多重像的产生 图像的相加减 光学微分边缘增强 图像的比较1、多重像的产生 利用正交光栅调制输入像的频谱，有望得到多重像的输出AA A AA A AA A A2、图像的相加减A、一维光栅调制 假设两图像对成放在输入面上，中心分别在x=+l处 一维正弦光栅满足fg=l/(f)用一维光栅调制实现相加相减B、复合光栅调制 复合光栅定义 两个取向一致、但空间频率有微小区别的一维正弦光栅用全息的方法叠合在一张底片上制成的光栅。 空间频率分别为fg、fgfg 能产生莫尔条纹 要求两个图像的间距满足 x=fgf P3平面上

2、光扰动为：u3=FT*FG G由两个光栅复合而成，其傅立叶变换有六项：每个光栅各有一零级、正一、负一复合光栅相加相减运算示意图结论： 当复合光栅相对坐标原点的位置量恰等于半个莫尔条纹时，两个正1级相差为，图像相减 当复合光栅恢复到坐标原点的位置时，相差为0，图像相加 注：待处理图像尺寸不得大于x,否则有图像重叠而干扰相减 应用： 卫星、人体健康检查、工业检测3、光学微分边缘增强 微分滤波器的透过率G(u,v)=j2u/(f) 只需满足正比于u,即可达到微分的效果沿x方向微分沿y方向微分 微分滤波器的制作（两套空间取向一致，空间频率差为f的一维振幅型正弦光栅叠加而成） 当复合光栅相对于坐标原点的

3、位移量刚好等于半条莫尔条纹时，可以作为微分滤波器复合光栅进行光学微分光学微分的作用 军事应用 模糊图片（透过云层的卫星照片） 工业检测 检测相位型光学元件内部缺陷、折射率的不均匀性4、图像的比较 在频谱面上放一照相底片，以单色光照明，摄得频谱的负片。把负片放在原来频谱的位置，象平面为一片黑暗。以此为标准，来判断两图象是否相同。5.2 匹配滤波 相干光匹配滤波 匹配滤波器的制作 匹配滤波器的制作应用1、相干光匹配滤波器(1963 Vander Lugt experiment)输入图象g(x,y)G*(u,v)匹配滤波器2、匹配滤波器的制作（可应用傅立叶变换全息图）：exp),(exp),(1),

4、(exp),(),(),(),(*222iauvuGiauvuGvuGiauvuGvuRvuGvuT1yxvuffg(x,y)G(u,v)R(u,v)ff输入平面f(x,y)1L傅立叶变换平面T（u,v)yxuv3、匹配滤波器的应用（1）滤波过程exp),(),(exp),(),(),()1),(),(),(*2iauvuGvuFiauvuGvuFvuFvuGvuTvuF 2（2）成像过程ffff输入平面f(x,y)1L2L傅立叶变换平面 T（u,v) 输出平面yxuvF-1( , ) ( , )F u v T u vfg fbfg fb处为处为sinsin结论： 物的傅里叶变换全息图称为该物

5、的匹配滤波器； 当有物O(x,y)输入时，输出是强脉冲（自相关）； 当用其它物输入时，输出是模糊斑（相关） f(x,y)g(x,y),(o相关峰 光学特征识别是把已知物的付氏谱和待测物的付氏谱进行比较，从而找出待测目标。特征识别系统可以做到：从卫星照片中检测军事目标从文件中检测某个字从细胞中检测癌细胞进行航空测量 应用光学特征识别光学侦破（指纹识别）例如指纹识别：x平面波指纹指纹平面波x带有指纹信息的衍射波x 带有指纹信息的会聚波x反过来x xL1P2L2亮点若 x* = x 或x*与 x 相关x平面波P1参照指纹x*频谱面待查指纹出现亮点即被识别小结： 匹配滤波器 物的傅里叶变换全息图； 当

6、有物O(x,y)输入时，输出是强脉冲（自相关）； 当用其它物输入时，输出是模糊斑（相关） 相干光学信息处理中的一项有趣应用。成像过程中，由于系统的像差、目标和底片的相对运动、大气扰动等导致像的模糊。消模糊：如果在相干光学滤波系统中，从频谱面对系统传递函数做适当补偿，将在输出平面得到清晰的像。方法方法逆滤波器维纳滤波器模糊图像可以看作是一个理想图像和造成模糊的点扩散函数的卷积，即消模糊的过程实际上是进行图像解卷积的过程。傅立叶变换后，得到各分量之间的简单乘积表达式( , )( , )* ( , )g x yf x yh x y( , )( , )*( , )G u vF u vH u v在4F系

7、统的频谱面放置一个逆滤波器，使其透过率满足H-1(u,v)，则在P2后光场分布为 P1 P2 P3ffff1L2Lyxuv x y1( , )( , )( , )( , )( , )u u vG u v H u v Hu vG u v311、相干图像消模糊H-1可用全息方法制作，但直接制作比较困难，可通过以下变换用全息的方法分别制作H*匹配滤波器的制作方法|H|-2可通过控制照相底片处理过程实现。将照相底片置于h (x,y)的频谱面上拍摄其频谱全息图，化学处理严格，使底片的透过率与|H|-2成正比二者对准叠合*1*2*21|HHHHHHH HH缺点：h的获得并不容易，如果事先知道造成模糊的原因

8、，可用数学方法得到h。相干处理噪声对图像消模糊不利，对消模糊而言，很多采用非相干处理方法。( , )()()h x yxaxa解：造成成像缺陷的点扩散函数为( , )2cos(2)Ha 其傅立叶变换为( , )1/( , )1/ 2cos(2)GHa 逆滤波器函数为( , )( , )* ( , )( , )g x yf x yh x yn x y噪声（n(x,y)和物函数都可以当成随机过程处理。假设物和噪音的功率谱密度是已知的，即平均功率在频率上的分布已知，分别用F和N表示。可以制作一个线性复滤波器，使真正的物和物的估计值 之间的均方差最小，已达到图像消模糊的目的。( , )f x y( ,

9、 )f x y22( , )( , )eEf x yf x y*2( , )( , )( , )( , )/( , )ccHHHNF ( , )/( , )1NF *1*21|HHHHH HH( , )/( , )1NF *( , )( , )( , )/( , )cHHNF 21jAtej D0lgDED(lg)AtDE EE(lg)/EE E /AtE E EE*222/cAcHtE EAaH 222( , )cET Aa H 2( , ) cos(2( , )cEAaT Hx *cH22Aa采用振幅滤波器相位滤波器逆滤波器理想像面离焦像面, f(x y), f(x y)(Hr)(rh.系统的脉冲响应理想成像)(Hrr)(rh离焦成像将将逆滤波器逆滤波器H(p)置于相干光学处理器的空间频率置于相干光学处理器的空间频率平面上，平面上，逆滤波器逆滤波器 = 振幅滤波器振幅滤波器 + 位相滤波器位相滤波器消模糊处理前的碑文处理后的碑文（唐诗）