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信息光学习题解答 问答题 1. 傅里叶变换透镜和普通成像透镜的区别。 答： 普通透镜 要求共轭面无像差，为此要消除各种像差。由几何 关系可计算平行光入射在透镜后焦面得到的像高h  f/ cosu ，因为 sin u  sin u h  f tgu  f  f ,   。 cosu cosu  傅里叶变换透镜 频谱面上能够获得有线性特征的位置与空间频 率关系h  f 。 普通透镜和傅里叶透镜对平行光输入在后焦面上光点的位置差 1 3 y  ftgu  f sin u  fu 称频谱畸变。 2 普通透镜只有在u 很小时才符合傅里叶变换透镜的要求。要专门设 计消除球差和慧差，适当保留畸变以抵消频谱畸变。 2. 相干光光学处理和非相干光光学处理的优缺点。 答：非相干光处理系统是强度的线性系统，满足强度叠加原理。 相干光信息处理满足复振幅叠加原理。因为复振幅是复数，因此有可 能完成加、减、乘、除、微分、积分等多种运算和傅里叶变换等。 在非相干光学系统中，光强只能取正值。信息处理手段要少。 相干光学信息处理的缺点： （1）相干噪声和散斑噪声。 相干噪声：来源于灰尘、气泡、擦痕、指印、霉斑的衍射。产生杂 乱条纹，对图像叠加噪声。 散斑噪声：激光照射漫反射物体时（生物样品，或表面粗糙样品）， 物体表面各点反射光在空间相遇发生干涉，由于表面的无规则性，这 种干涉也是无规则的，物体表面显出麻麻点点。 （2 ）输入输出问题 相干光信息处理要求信息以复振幅形式在系统内传输，要制作透 明片和激光照明。而现代电光转换设备中CRT，液晶显示，LED 输 出均为非相干信号。 （3 ）激光为单色光，原则上只能处理单色光，不能处理彩色图像。 非相干光处理最大优越性是能够抑制噪声。 3. 光学傅里叶变换可看成是函数到其频谱的变换，试回答 （1）这个系统是线性的吗？ （2）这个系统具有线性不变性质吗？为什么？ 答 傅里叶变换有线性性质。设 F(ξ,η)        F f (x, y) ,G ξ,η F g(x, y) a ，b 为常数，则       F af (x,y ) bg(x,y ) aF ξ,η gG ξ,η 函数有空间位移时其频谱有相移，并不会产生频谱移动。因此傅里叶 变换没有线性平移不变性。 4. 菲涅耳衍射和夫琅和费衍射的区别与联系。 按照近似程度的不同，衍射场的计算可分 （1）菲涅尔衍射―――――观察屏离衍射物不太远 （2 ）夫琅和费衍射―――――光源与观察屏距屏都相当于无穷远 当满足菲涅耳衍射的充分条件 3 1  2 2 2 z  (x  x ) ( y  y )  时 8 0 0 max exp（jkz)  (x  x )2 ( y  y )2 U (x, y)  U 0 (x 0 , y0 ) ex〔p jk 0 0 〕dx dy   0 0 jz － 2z 1 k 2 2 ＝ exp( jkz)U 0 (x, y) * exp[ j (x  y )] jz 2z 可近似为 1  k 2 2  U(x , y ) exp(jkz )