光信息處理教學大綱

1、光信息處理課程教學大綱課程代碼：090641002課程英文名稱：Optical information processing課程總學時：48 講課： 48 實驗： 0 上機： 0適用專業(yè)：光電信息科學與工程大綱編寫（修訂）時間：2017.10一、大綱使用說明（一）課程的地位及教學目標光信息處理技術是光學、計算機和信息科學相結合而發(fā)展起來的一門新的光學技術，是信息科學的一個重要組成部分，也是現(xiàn)代光學的核心。是光電信息科學與工程專業(yè)學生的專業(yè)課程。通過本課程的學習，學生將達到以下要求：1 掌握光信息處理的基本原理、方法和光路設計的一般規(guī)律，具有設計光信息處理系統(tǒng)初步能力；2了解光信息處理技術的新發(fā)

2、展。（二）知識、能力及技能方面的基本要求在這門課程的教學過程中，首先讓學生掌握有關光信息科學的基本理論，然后講授一些重要的光學信息處理技術的主要原理，并結合這些技術在實際生產(chǎn)生活中的應用，激發(fā)學生的學習興趣， 使學生了解光信息處理技術在應用領域的研究與開發(fā)思想。通過這門課的學習，使學生在學習過程中逐步增長知識和增強能力，并在以后的學習和研究中能應用這些知識和能力解決實際問題。（三）實施說明1 教學方法：課堂講授中要重點對基本概念、基本方法和解題思路的講解；采用啟發(fā)式教學， 培養(yǎng)學生思考問題、分析問題和解決問題的能力；引導和鼓勵學生通過實踐和自學獲取知識，培養(yǎng)學生的自學能力；增加討論課，調(diào)動學生

3、學習的主觀能動性；注意培養(yǎng)學生提高利用標準、規(guī)范及手冊等技術資料的能力。講課要聯(lián)系實際并注重培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力。2教學手段：本課程屬于技術基礎課，在教學中采用電子教案、CAI 課件及多媒體教學系統(tǒng)等先進教學手段，以確保在有限的學時內(nèi)，全面、高質(zhì)量地完成課程教學任務。（四）對先修課的要求本課程的教學必須在完成先修課程之后進行。本課程主要的先修課程有：大學物理，高等數(shù)學，應用光學。（五）對習題課、實驗環(huán)節(jié)的要求1 對重點、難點章節(jié)（如：二維線性系統(tǒng)分析等）應安排習題課，例題的選擇以培養(yǎng)學生消化和鞏固所學知識，用以解決實際問題為目的。2課后作業(yè)要少而精，內(nèi)容要多樣化，根據(jù)教材內(nèi)容選擇習題，習題的選取

4、應體現(xiàn)相應的教學內(nèi)容的基本概念、基本結論、基本計算方法及應用。作業(yè)要能起到鞏固理論，掌握計算方法和技巧，提高分析問題、解決問題能力，熟悉標準、規(guī)范等的作用，對作業(yè)中的重點、難點，課上應做必要的提示，并適當安排課內(nèi)講評作業(yè)。學生必須獨立、按時完成課外習題和作業(yè)，作業(yè)的完成情況應作為評定課程成績的一部分。3 本課程的課程設計單獨設課，單獨考核，具體要求參見相應的課程設計教學大綱。（六）課程考核方式1 .考核方式：考試2 .考核目標：在考核學生對光信息處理基本知識、基本原理和方法的基礎上，重點考核學 生的分析能力、計算能力、光學設計能力。3 .成績構成：本課程的總成績主要由兩部分組成：平時成績（包括

5、作業(yè)情況、出勤情況等）占20%期末考試成績占 80%平時成績由任課教師視具體情況按百分制給出；期末考試閉卷筆試成績按百分制給出；（七）主要參考書目：信息光學，蘇顯渝等編，科學出版社， 1999.9傅立葉光學，呂乃光編，機械工業(yè)出版社，2006.3傅里葉光學導論，顧得門編，科學出版社， 2006.9光學全息及信息處理，于美文編，國防工業(yè)出版社 ，1984.6近代光學信息處理，宋菲君編，北京大學出版社，1998.4二、中文摘要光學信息處理是用光學的方法實現(xiàn)對輸入信息的各種變換或處理，是近年來發(fā)展起來的一門新興學科，它以全息術、光學傳遞函數(shù)和激光技術為基礎，透鏡的傅里葉變換效應是光學信息處 理的理論

6、核心。光學信息處理技術具有高度并行性和大容量的特點，已經(jīng)成為信息科學的一個重要分支，在許多領域進入了實用階段。本課程是光電信息科學與工程專業(yè)主干技術基礎課程，課程主要內(nèi)容包括：二維線性系統(tǒng)分析、光學全息與計算全息、相干光信息處理系統(tǒng)、非相干光信 息處理系統(tǒng)等。三、課程學時總體分配表序號教學內(nèi)容學時講課實驗上機1二維線性系統(tǒng)分析1010001.1常用非初等函數(shù)1.2二維傅里葉變換、卷積、相關1.3傅里葉變換性質(zhì)、定理1.4線性系統(tǒng)1.5二維光場分析2光學全息1010002.1光學全息概述2.2波前記錄、波前再現(xiàn)2.3菲涅耳全息圖2.4傅里葉變換全息、相面全息2.5彩虹全息、體積全息、模壓全息3計

7、算全息66003.1抽樣定理3.2計算全息編碼3.3計算全息制作及應用4空間光濾波器66004.1空間濾波基本原理4.2空間濾波器應用4.3空間光調(diào)制器介紹5相干光學信息處理技術1010005.1多重像廣生、圖像相減5.2全息法制作復數(shù)濾波器5.3匹配濾波、圖像識別5.4圖像消模糊、圖像邊緣增強5.5合成孔徑雷達、照相膠片6非相干光學信息處理技術44006.1圖像相乘、積分、相關、卷積6.2白光信息處理7期末總結、習題2200總計484800四、教學內(nèi)容及基本要求第1部分二維線性系統(tǒng)分析總學時（單位：學時）:10講課:10 實驗:0上機:0第1.1部分 常用非初等函數(shù)具體內(nèi)容：1）掌握常用的非

8、初等函數(shù)極其特征參數(shù)的實際涵義；2）掌握8函數(shù)的不同定義形式及其性質(zhì)：第1.2部分二維傅里葉變換、卷積、相關具體內(nèi)容：1）掌握卷積、相關的概念及其性質(zhì)；2）掌握二維傅里葉變換定義及存在條件3）掌握廣義傅里葉變換定義第1.3部分傅里葉變換性質(zhì)、定理具體內(nèi)容1）掌握傅里葉變換的基本性質(zhì)2）掌握傅里葉變換的基本定理第1.4部分線性系統(tǒng)具體內(nèi)容1）掌握線性系統(tǒng)、線性平移不變系統(tǒng)定義2）掌握線性平移不變系統(tǒng)的傳遞函數(shù)定義3）掌握線性平移不變系統(tǒng)的本征函數(shù)定義第1.5部分二維光場分析具體內(nèi)容1）掌握單色光波場的復振幅表示2）掌握球面波、平面波、平面波的空間頻率定義3）掌握菲涅耳衍射、夫瑯禾費衍射定義4）掌

9、握透鏡的傅里葉變換性質(zhì)重 點：掌握傅立葉變換的基本性質(zhì)及其有關定理的應用；掌握平面光波、球面光波的數(shù)學模型。難 點：卷積、相關的概念及其性質(zhì)；傅立葉變換的基本性質(zhì)及其有關定理習 題：卷積、相關、傅立葉變換、線性空不變系統(tǒng)、菲涅耳衍射、弗朗和費衍射第 2 部分 光學全息總學時 （單位：學時）:10 講課 :10 實驗 :0 上機 :0第2.1 部分光學全息概述第2.2 部分波前記錄、波前再現(xiàn)具體內(nèi)容1 ）掌握波前記錄、波前再現(xiàn)原理2）掌握全息圖的基本類型3）掌握同軸全息、離軸全息、基元全息原理第 2.3 部分 菲涅耳全息圖具體內(nèi)容1 ）掌握點源全息圖的記錄和再現(xiàn)2）幾種特殊情況的討論第 2.4

10、部分 傅里葉變換全息、相面全息具體內(nèi)容1 ）掌握傅里葉變換全息圖的記錄與再現(xiàn)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、體積全息、模壓全息具體內(nèi)容1 ）掌握二步彩虹全息制作過程2）掌握一步彩虹全息制作過程3）掌握彩虹全息的色模糊4）掌握透射體積全息、反射體積全息記錄再現(xiàn)原理5）掌握模壓全息復制過程重 點：光學全息的記錄與再現(xiàn)原理；全息贗像概念及其應用難點：光學全息的記錄與再現(xiàn)原理；各種光學全息圖原理習題：菲涅耳全息、像面全息、彩虹全息第 3 部分 計算全息總學時 （單位：學時）:6 講課 :6 實驗 :0 上機 :0第 3.1 部分抽樣定理具體內(nèi)容1 ）掌握函數(shù)的抽樣原理

11、2）掌握函數(shù)的還原原理3）掌握空間帶寬積定義第 3.2 部分計算全息編碼具體內(nèi)容1 ）掌握迂回相位編碼方法2）掌握修正離軸參考光的編碼方法3）掌握二元脈沖密度編碼方法第 3.3 部分計算全息制作及應用具體內(nèi)容1 ）掌握計算傅里葉變換全息制作2）掌握計算像面全息制作3）掌握計算全息的應用重 點：計算全息中常用光信息編碼技術；常用編碼方法的設計思想、設計參數(shù)、設計目的難點：計算全息的常用算法習題：抽樣定理、計算全息第 4 部分 空間光濾波器總學時 （單位：學時）:6 講課 :6 實驗 :0 上機 :0第 4.1 部分 空間濾波基本原理具體內(nèi)容1 ）掌握阿貝成像理論2）掌握空間濾波傅里葉分析第 4.

12、2 部分 空間濾波器應用具體內(nèi)容1 ）掌握策尼克相稱顯微鏡應用2）掌握微分濾波器應用第 4.3 部分 空間光調(diào)制器介紹具體內(nèi)容1 ）掌握液晶光閥原理2）掌握磁光空間光調(diào)制器原理3）掌握數(shù)字微反鏡原理重 點：空間濾波器概念、分類及其相應制作方法；空間濾波器的頻譜分析方法及其典型應用難點：空間濾波器的頻譜分析方法及其典型應用習題：空間濾波器設計第 5 部分 相干光學信息處理技術總學時 （單位：學時）:10 講課 :10 實驗 :0 上機 :0第 5.1 部分多重像產(chǎn)生、圖像相減具體內(nèi)容1 ）掌握多重像產(chǎn)生方法2）掌握空域編碼頻域解碼圖像相減方法3）掌握正弦光柵濾波器圖像相減方法第 5.2 部分全息

13、法制作復數(shù)濾波器具體內(nèi)容1 ）掌握振幅濾波器、相位濾波器、復數(shù)濾波器概念2）掌握利用全息法制作復數(shù)濾波器第 5.3 部分匹配濾波、圖像識別具體內(nèi)容2 )掌握匹配濾波圖像識別方法2)掌握聯(lián)合變換相關圖像識別方法第 5.4 部分圖像消模糊、圖像邊緣增強具體內(nèi)容3 )掌握利用逆濾波法圖像復原2)掌握利用維納濾波圖像復原3)掌握圖像邊緣增強方法第 5.5 部分合成孔徑雷達、照相膠片具體內(nèi)容4 )掌握合成孔徑概念2)掌握航向信息的記錄過程重 點：相干光圖像加法器、減法器技術、圖像識別技術、圖像消模糊技術.難點：相干光學處理的概念和光學處理的主要方法及其主要特征習題：相干光學處理技術第 6 部分 非相干光學信息處理技術總學時 (單位：學時):4 講課 :4 實驗 :0 上機 :0第 6.1 部分 圖像相乘、積分、相關、卷積具體內(nèi)容5 )掌握相干與非相干信息處理異同6 )掌握非相干信息處理系統(tǒng)噪聲抑制原理7 )掌握非相干光圖像乘法器