光学信息处理实验：空间滤波与图像相减

"光学信息处理实验系列讲义.pdf" 光学信息处理是信息技术的重要分支，它结合了光学原理与信号处理技术，旨在对输入信息进行各种运算和变换，以便于提取、编码、存储、增强、识别和恢复信息。在这个领域中，空间滤波是一个核心概念，它涉及到在光学系统的傅里叶变换平面引入滤波器，以此调整光波的频谱结构，进而优化图像质量。这一过程可以被应用于多种场景，如医学影像分析、军事侦察、农业监测、工业检测等。 实验1介绍了如何用光栅法实现光学图像相减。图像相减是一种寻找两个相似图像之间差异的运算，常用于检测细微变化。例如，在医学成像中，它可以用来追踪病变的发展；在军事监控中，可以探测到设施的增减变化；在农业中，用于评估作物生长状况；在工业中，有助于集成电路的质量控制。正弦光栅或Ronchi光栅可以作为空间滤波器，通过它们在4f系统中的位置，实现图像相减。 实验目的不仅是理解空间滤波的概念，而且还要深入理解傅里叶光学中的相移定理和卷积定理。相移定理指出，通过改变光学系统的相位，可以影响图像的频谱分布，而卷积定理则说明了在空间域和频域之间，卷积操作的关系。这两个理论是光学信息处理的基础。 实验原理基于正弦光栅的复振幅透过率公式，其中包含了光栅频率f0、焦距f以及光栅条纹的初始位置。当f0和光栅条纹距离b满足特定关系时（b=λ/2），可以通过正弦光栅实现图像相减。这个过程涉及将正弦光栅置于傅里叶变换透镜的后焦面P2，形成一个光学系统，该系统能够将输入图像f(x1,y1)与经过光栅处理后的图像g(x3,y3)相减，从而得到差分图像。 在实验过程中，会使用到一系列光学元件，如透镜L1和L2，以及位于P1和P3的探测器，它们共同构成一个完整的光学系统，确保光的传播和变换按照预期进行。此外，通过调整光栅参数和设置，可以实现不同的空间滤波效果，从而对图像进行多样化的处理。 光学信息处理实验系列讲义涵盖了从基础理论到实际操作的全面内容，旨在让学生掌握光学处理技术，尤其是空间滤波和图像相减的原理与应用。通过这些实验，学生不仅能深化对光学信息处理的理解，也能提升解决实际问题的能力。