繁華的城市離不開LED燈的裝飾，相信大家都見過LED，它的身影已經(jīng)出現(xiàn)在了我們的生活的各個地方，也照亮著我們的生活。光學信息處理是近年來發(fā)展起來的一門新興學科，它以全息術(shù)、光學傳遞函數(shù)和激光技術(shù)為基礎(chǔ)。今天為大家分享一下光學信息處理中的“線性處理”相關(guān)知識。

光學信息處理是運用透鏡的傅里葉變換效應(yīng)，在圖像的空間頻域?qū)鈱W圖像信號 進行濾波，提取或加強所需的圖像，濾掉或抑制不需要的圖像，并進行透鏡傅里葉逆變換輸出處理后的圖像的全部過程。

光學信息處理按處理的性質(zhì)可分為線性處理和非線性處理兩大類。在線性處理中又分為空間不變和空間可變兩類。

所謂線性處理是指系統(tǒng)對多個輸入之和的響應(yīng)(輸出)等于各單獨輸入時的響應(yīng)(輸出)之和。一個光學成像系統(tǒng)就是典型的線性系統(tǒng)。相干光照明時，光學透鏡所具有的傅里葉變換是一種線性變換。光學透鏡將不同的光學圖像變換成不同的空間頻譜，可用光電探測元件接收各個部分的空間頻譜來進行分析，或運用空間光調(diào)制器對輸入信號的空間頻譜進行各種處理。近代采用的光電結(jié)合的空間頻譜分析儀就是根據(jù)上面介紹的原理制成的，它可應(yīng)用到各種圖像處理的各個領(lǐng)域，包括遙感圖像、醫(yī)學圖像分析等方面。

典型的線性光學信息處理系統(tǒng)，即4f系統(tǒng)。

應(yīng)用4f系統(tǒng)也可進行兩個光學圖像的相加或相減。設(shè)有A和B兩個圖像，相距為2b，將它作為4f系統(tǒng)的輸入圖像，左右對稱地放在光軸兩側(cè)。濾波面上放置一個正弦光柵(垂直于A、B兩圖像的中心連線)，光柵的空間頻率等于b/λf，f是變換透鏡的焦距，λ是所用相干光的波長。

這種光柵可在輸出平面上形成A、B的正負一級衍射像，并可使A的正一級衍射像和B的負一級衍射像相互重合。當使濾波光柵沿水平橫向微小移動時，對應(yīng)于相互重合的兩個像的光束間的相位差發(fā)生變化，可在輸出面上交替出現(xiàn)相加和相減的圖形。

光學圖像的加減是光學信息處理中的基本運算方法之一，它是微分運算、邏輯運算的基礎(chǔ)。光學圖像的相減也可直接用來提取兩個不同圖像的差異信息，如同一地區(qū)在不同時刻的“云圖”間的差異等。4f線性空間濾波處理方法屬于線性空間不變?yōu)V波處理。利用方向濾波區(qū)分圖像中方向分量，利用逆濾波器恢復模糊圖像等也屬于線性空間不變?yōu)V波處理。綜合孔徑雷達數(shù)據(jù)的光學處理是光學信息處理中最早最成功的應(yīng)用。

光學圖像的特征識別是指在一幅輸入圖像中找出某已知特征圖像的光學處理方法。設(shè)已知特征圖像的光場透射函數(shù)為g(x,y)，可以用拍攝g(x,y)的傅里葉變換全息圖的方法來制成一個復空間濾波器G*，G*是已知特征圖像g(x,y)的空間頻譜G的復數(shù)共軛，這種濾波器稱為已知特征圖像的匹配濾波器。在通信技術(shù)中使用時域匹配濾波器可檢測埋在相加性噪聲中的已知信號，使用的是用全息方法制成的含有G*信息的空間匹配濾波器。

由于“噪聲”所引起的畸變波陣面，不能從濾波器得到位相補償，不能恢復成為平面波陣面，互相關(guān)輸出在輸出平面上不能形成亮斑。特征識別方法在圖像識別和分類，從噪聲中檢測電信號(如雷達、聲吶的回波)等方面得到應(yīng)用。

如果一個線性系統(tǒng)的脈沖響應(yīng)函數(shù)隨輸出點的位置而改變，則該系統(tǒng)稱為線性空間可變系統(tǒng)。這時上述的傅里葉頻域處理方法就不再能適用，必需要尋找另外的處理方法。其中一種方法是先對于輸入圖像進行某種坐標變換，然后在傅里葉頻域內(nèi)進行空間不變?yōu)V波運算，最后再經(jīng)過某種坐標變換(有時可省去這一變換)，得到輸出圖像。坐標變換可以用全息圖、計算全息圖或非線性圖像掃描裝置等方法來實現(xiàn)。

輸入函數(shù)g(x,y)如果在尺寸上發(fā)生了變化，即g(x,y)變?yōu)間(ax,ay)，a表示一個任意正實數(shù)，也就是說g(x,y)被放大或縮小，那么它的傅里葉變換空間頻譜G的尺寸也相應(yīng)地縮小或放大。但這時匹配濾波器上G*卻是固定不變的，所以便不能夠很好地校正G的畸變位相而進行特征識別。

如何對于比例變化的特征圖像進行有效的匹配濾波識別，這要求尋找一種變換，它對于任何比例的一種特征圖像(例如某人的指印圖紋采取不同的比例放大或縮小)的空間變換頻譜的尺寸是一樣的。這種變換就是所謂梅林變換。對不同比例的一種特征圖像g(x,y)進行梅林變換，可以證明空間梅林頻譜G都是相同的，這樣便可以用同一個匹配濾波器G*來校正G的位相畸變。

可以證明，對一個函數(shù)g(x,y)先進行對數(shù)坐標變換，然后再進行傅里葉變換，便可得到該函數(shù)的梅林變換。g(ax,ay)表示輸入函數(shù)，用相干平行光照明，輸入函數(shù)后面緊貼放置一片含有透射率函數(shù)的計算全息圖片，再經(jīng)過傅里葉變換透鏡后，在其后焦面上得到輸出。

從而設(shè)計研制出來相應(yīng)的計算機全息圖放在輸入平面上，作為一種位相濾波器以得到某種坐標變換(例如對數(shù)坐標變換等)的輸出。線性空間可變光學信息處理包括兩步：第一步是對于輸入圖像進行對數(shù)變換，第二步是將經(jīng)過對數(shù)變換后的圖像在傳統(tǒng)的4f系統(tǒng)中進行空間不變匹配濾波運算。

線性空間可變光學數(shù)據(jù)處理已在梅林變換，比例不變圖像相關(guān)識別，恢復像差，轉(zhuǎn)動引起模糊圖像處理，以及從投影中恢復徑向分布的阿貝耳變換等方面都進行了嘗試?，F(xiàn)在的LED燈或許會有一些問題，但是我們相信隨著科學技術(shù)的快速發(fā)展，在我們科研人員的努力下，這些問題終將唄解決，未來的LED一定是高效率，高質(zhì)量的。