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光信息处理教学大纲

来源:划驼旅游


《光信息处理》课程教学大纲

课程代码:0901002

课程英文名称:Optical information processing 课程总学时:48 讲课:48 实验:0 上机:0 适用专业:光电信息科学与工程

大纲编写(修订)时间:2017.10

一、大纲使用说明

(一)课程的地位及教学目标 光信息处理技术是光学、计算机和信息科学相结合而发展起来的一门新的光学技术,是信息科学的一个重要组成部分,也是现代光学的核心。是光电信息科学与工程专业学生的专业课程。

通过本课程的学习,学生将达到以下要求:

1.掌握光信息处理的基本原理、方法和光路设计的一般规律,具有设计光信息处理系统初步能力;

2.了解光信息处理技术的新发展。

(二)知识、能力及技能方面的基本要求 在这门课程的教学过程中,首先让学生掌握有关光信息科学的基本理论,然后讲授一些重要的光学信息处理技术的主要原理,并结合这些技术在实际生产生活中的应用,激发学生的学习兴趣,使学生了解光信息处理技术在应用领域的研究与开发思想。通过这门课的学习,使学生在学习过程中逐步增长知识和增强能力,并在以后的学习和研究中能应用这些知识和能力解决实际问题。

(三)实施说明

1.教学方法:课堂讲授中要重点对基本概念、基本方法和解题思路的讲解;采用启发式教学,培养学生思考问题、分析问题和解决问题的能力;引导和鼓励学生通过实践和自学获取知识,培养学生的自学能力;增加讨论课,调动学生学习的主观能动性;注意培养学生提高利用标准、规范及手册等技术资料的能力。讲课要联系实际并注重培养学生的创新能力。

2.教学手段:本课程属于技术基础课,在教学中采用电子教案、CAI课件及多媒体教学系统等先进教学手段,以确保在有限的学时内,全面、高质量地完成课程教学任务。

(四)对先修课的要求

本课程的教学必须在完成先修课程之后进行。本课程主要的先修课程有:大学物理,高等数学,应用光学。

(五)对习题课、实验环节的要求

1.对重点、难点章节(如:二维线性系统分析等)应安排习题课,例题的选择以培养学生消化和巩固所学知识,用以解决实际问题为目的。

2.课后作业要少而精,内容要多样化,根据教材内容选择习题,习题的选取应体现相应的教学内容的基本概念、基本结论、基本计算方法及应用。作业要能起到巩固理论,掌握计算方法和技巧,提高分析问题、解决问题能力,熟悉标准、规范等的作用,对作业中的重点、难点,课上应做必要的提示,并适当安排课内讲评作业。学生必须、按时完成课外习题和作业,作业的完成情况应作为评定课程成绩的一部分。

3. 本课程的课程设计单独设课,单独考核,具体要求参见相应的课程设计教学大纲。 (六)课程考核方式

1.考核方式:考试

2.考核目标:在考核学生对光信息处理基本知识、基本原理和方法的基础上,重点考核学生的分析能力、计算能力、光学设计能力。

3.成绩构成:本课程的总成绩主要由两部分组成:平时成绩(包括作业情况、出勤情况等)占20%,期末考试成绩占80%。

平时成绩由任课教师视具体情况按百分制给出; 期末考试闭卷笔试成绩按百分制给出; (七)主要参考书目: 《信息光学》,苏显渝等编,科学出版社,1999.9 《傅立叶光学》,吕乃光编,机械工业出版社,2006.3 《傅里叶光学导论》,顾得门编,科学出版社,2006.9 《光学全息及信息处理》,于美文编,国防工业出版社,1984.6 《近代光学信息处理》,宋菲君编,北京大学出版社,1998.4

二、中文摘要

光学信息处理是用光学的方法实现对输入信息的各种变换或处理,是近年来发展起来的一门新兴学科,它以全息术、光学传递函数和激光技术为基础,透镜的傅里叶变换效应是光学信息处理的理论核心。光学信息处理技术具有高度并行性和大容量的特点,已经成为信息科学的一个重要分支,在许多领域进入了实用阶段。本课程是光电信息科学与工程专业主干技术基础课程,课程主要内容包括:二维线性系统分析、光学全息与计算全息、相干光信息处理系统、非相干光信息处理系统等。

三、课程学时总体分配表

序号 1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 2 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 3 3.1 3.2 3.3 4 4.1 4.2 4.3 教学内容 二维线性系统分析 常用非初等函数 二维傅里叶变换、卷积、相关 傅里叶变换性质、定理 线性系统 二维光场分析 光学全息 光学全息概述 波前记录、波前再现 菲涅耳全息图 傅里叶变换全息、相面全息 彩虹全息、体积全息、模压全息 计算全息 抽样定理 计算全息编码 计算全息制作及应用 空间光滤波器 空间滤波基本原理 空间滤波器应用 空间光调制器介绍 学时 讲课 实验 上机 10 10 6 6 10 10 6 6 0 0 0 0 0 0 0 0

5 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 6 6.1 6.2 7 相干光学信息处理技术 多重像产生、图像相减 全息法制作复数滤波器 匹配滤波、图像识别 图像消模糊、图像边缘增强 合成孔径雷达、照相胶片 非相干光学信息处理技术 图像相乘、积分、相关、卷积 白光信息处理 期末总结、习题 总计 10 4 2 48 10 4 2 48 0 0 0 0 0 0 0 0

四、教学内容及基本要求

第1部分 二维线性系统分析

总学时(单位:学时):10 讲课:10 实验:0 上机:0 第1.1部分 常用非初等函数

具体内容:

1)掌握常用的非初等函数极其特征参数的实际涵义; 2)掌握δ函数的不同定义形式及其性质: 第1.2部分 二维傅里叶变换、卷积、相关

具体内容:

1)掌握卷积、相关的概念及其性质; 2)掌握二维傅里叶变换定义及存在条件 3)掌握广义傅里叶变换定义 第1.3部分 傅里叶变换性质、定理

具体内容

1)掌握傅里叶变换的基本性质 2)掌握傅里叶变换的基本定理 第1.4部分 线性系统

具体内容

1) 掌握线性系统、线性平移不变系统定义 2) 掌握线性平移不变系统的传递函数定义 3) 掌握线性平移不变系统的本征函数定义 第1.5部分 二维光场分析

具体内容

1) 掌握单色光波场的复振幅表示

2) 掌握球面波、平面波、平面波的空间频率定义 3) 掌握菲涅耳衍射、夫琅禾费衍射定义 4) 掌握透镜的傅里叶变换性质 重 点:

掌握傅立叶变换的基本性质及其有关定理的应用;掌握平面光波、球面光波的数学模型。 难 点:

卷积、相关的概念及其性质;傅立叶变换的基本性质及其有关定理 习 题:

卷积、相关、傅立叶变换、线性空不变系统、菲涅耳衍射、弗朗和费衍射 第2部分 光学全息

总学时(单位:学时):10 讲课:10 实验:0 上机:0 第2.1部分 光学全息概述

第2.2部分 波前记录、波前再现

具体内容

1)掌握波前记录、波前再现原理 2)掌握全息图的基本类型

3)掌握同轴全息、离轴全息、基元全息原理 第2.3部分 菲涅耳全息图

具体内容

1)掌握点源全息图的记录和再现 2)几种特殊情况的讨论

第2.4部分 傅里叶变换全息、相面全息

具体内容

1)掌握傅里叶变换全息图的记录与再现 2)掌握像全息的制作 3)掌握色模糊原理

第2.5部分 彩虹全息、体积全息、模压全息

具体内容

1)掌握二步彩虹全息制作过程 2)掌握一步彩虹全息制作过程 3)掌握彩虹全息的色模糊

4)掌握透射体积全息、反射体积全息记录再现原理 5)掌握模压全息复制过程 重 点:

光学全息的记录与再现原理;全息赝像概念及其应用 难 点:

光学全息的记录与再现原理;各种光学全息图原理 习 题:

菲涅耳全息、像面全息、彩虹全息 第3部分 计算全息

总学时(单位:学时):6 讲课:6 实验:0 上机:0 第3.1部分抽样定理

具体内容

1)掌握函数的抽样原理 2)掌握函数的还原原理 3)掌握空间带宽积定义 第3.2部分计算全息编码

具体内容

1)掌握迂回相位编码方法

2)掌握修正离轴参考光的编码方法

3)掌握二元脉冲密度编码方法 第3.3部分计算全息制作及应用

具体内容

1)掌握计算傅里叶变换全息制作 2)掌握计算像面全息制作 3)掌握计算全息的应用 重 点:

计算全息中常用光信息编码技术;常用编码方法的设计思想、设计参数、设计目的 难 点:

计算全息的常用算法 习 题:

抽样定理、计算全息 第4部分 空间光滤波器

总学时(单位:学时):6 讲课:6 实验:0 上机:0 第4.1部分 空间滤波基本原理

具体内容

1)掌握阿贝成像理论

2)掌握空间滤波傅里叶分析 第4.2部分 空间滤波器应用

具体内容

1)掌握策尼克相称显微镜应用 2)掌握微分滤波器应用 第4.3部分 空间光调制器介绍

具体内容

1)掌握液晶光阀原理

2)掌握磁光空间光调制器原理 3)掌握数字微反镜原理 重 点:

空间滤波器概念、分类及其相应制作方法;空间滤波器的频谱分析方法及其典型应用 难 点:

空间滤波器的频谱分析方法及其典型应用 习 题:

空间滤波器设计

第5部分 相干光学信息处理技术

总学时(单位:学时):10 讲课:10 实验:0 上机:0 第5.1部分多重像产生、图像相减

具体内容

1)掌握多重像产生方法

2)掌握空域编码频域解码图像相减方法 3)掌握正弦光栅滤波器图像相减方法 第5.2部分全息法制作复数滤波器

具体内容

1)掌握振幅滤波器、相位滤波器、复数滤波器概念 2)掌握利用全息法制作复数滤波器

第5.3部分匹配滤波、图像识别

具体内容

1)掌握匹配滤波图像识别方法 2)掌握联合变换相关图像识别方法 第5.4部分图像消模糊、图像边缘增强

具体内容

1)掌握利用逆滤波法图像复原 2)掌握利用维纳滤波图像复原 3)掌握图像边缘增强方法

第5.5部分合成孔径雷达、照相胶片

具体内容

1)掌握合成孔径概念

2)掌握航向信息的记录过程 重 点:

相干光图像加法器、减法器技术、图像识别技术、图像消模糊技术. 难 点:

相干光学处理的概念和光学处理的主要方法及其主要特征 习 题:

相干光学处理技术

第6部分 非相干光学信息处理技术

总学时(单位:学时):4 讲课:4 实验:0 上机:0 第6.1部分 图像相乘、积分、相关、卷积

具体内容

1) 掌握相干与非相干信息处理异同

2) 掌握非相干信息处理系统噪声抑制原理 3) 掌握非相干光图像乘法器、积分器运算原理 4) 掌握运动法相关、卷积运算原理 5) 掌握无运动元件相关、卷积运算原理 第6.2部分 白光信息处理

具体内容

1) 掌握白光信息处理基本原理 2) 掌握等密度实时假彩色编码方法 3) 掌握等空间频率实时假彩色编码方法 4) 掌握相位调制假彩色编码方法 重 点:

非相干光图像乘法器、积分器技术、图像相关和卷积技术、图像消模糊技术。 难 点:

非相干光学处理的概念和光学处理的主要方法及其主要特征。 习 题:

非相干光学处理技术

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