光信息处理教学大纲

《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