光信息处理教学大纲

1、光信息处理课程教学大纲课程代码：090641002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

2、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

3、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

4、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。学生必须独立、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

5、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

6、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教学内容学时讲课实验上机1二维线性系统分析1010001.1常用非初等函数1.2二维傅里叶变换、卷积、相关1.3傅里叶变换性质、定理1.4线性系统1.5二维光场分析2光学全息1010002.1光学全息概述2.2波前记录、波前再现2.3菲涅耳全息图2.4傅里叶变换全息、相面全息2.5彩虹全息、体积全息、模压全息3计

7、算全息66003.1抽样定理3.2计算全息编码3.3计算全息制作及应用4空间光滤波器66004.1空间滤波基本原理4.2空间滤波器应用4.3空间光调制器介绍5相干光学信息处理技术1010005.1多重像广生、图像相减5.2全息法制作复数滤波器5.3匹配滤波、图像识别5.4图像消模糊、图像边缘增强5.5合成孔径雷达、照相胶片6非相干光学信息处理技术44006.1图像相乘、积分、相关、卷积6.2白光信息处理7期末总结、习题2200总计484800四、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

8、初等函数极其特征参数的实际涵义；2）掌握8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

9、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

10、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

11、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.

12、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

13、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2 )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3 )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4 )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5 )掌握相干与非相干信息处理异同6 )掌握非相干信息处理系统噪声抑制原理7 )掌握非相干光图像乘法器