光信息处理教学大纲

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

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