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(gè)地方，也照亮著我們的生活。光學(xué)信息處理是近年來發(fā)展起來的一門新興學(xué)科，它以全息術(shù)、光學(xué)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(xué)信息處理中的“線性處理”相關(guān)知識(shí)。

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

光學(xué)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(duì)多個(gè)輸入之和的響應(yīng)(輸出)等于各單獨(dú)輸入時(shí)的響應(yīng)(輸出)之和。一個(gè)光學(xué)成像系統(tǒng)就是典型的線性系統(tǒng)。相干光照明時(shí)，光學(xué)透鏡所具有的傅里葉變換是一種線性變換。光學(xué)透鏡將不同的光學(xué)圖像變換成不同的空間頻譜，可用光電探測元件接收各個(gè)部分的空間頻譜來進(jìn)行分析，或運(yùn)用空間光調(diào)制器對(duì)輸入信號(hào)的空間頻譜進(jìn)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(gè)領(lǐng)域，包括遙感圖像、醫(yī)學(xué)圖像分析等方面。

典型的線性光學(xué)信息處理系統(tǒng)，即4f系統(tǒng)。

應(yīng)用4f系統(tǒng)也可進(jìn)行兩個(gè)光學(xué)圖像的相加或相減。設(shè)有A和B兩個(gè)圖像，相距為2b，將它作為4f系統(tǒng)的輸入圖像，左右對(duì)稱地放在光軸兩側(cè)。濾波面上放置一個(gè)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(fù)一級(jí)衍射像，并可使A的正一級(jí)衍射像和B的負(fù)一級(jí)衍射像相互重合。當(dāng)使濾波光柵沿水平橫向微小移動(dòng)時(shí)，對(duì)應(yīng)于相互重合的兩個(gè)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(xué)圖像的加減是光學(xué)信息處理中的基本運(yùn)算方法之一，它是微分運(yùn)算、邏輯運(yùn)算的基礎(chǔ)。光學(xué)圖像的相減也可直接用來提取兩個(gè)不同圖像的差異信息，如同一地區(qū)在不同時(shí)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?yàn)V波區(qū)分圖像中方向分量，利用逆濾波器恢復(fù)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(dá)數(shù)據(jù)的光學(xué)處理是光學(xué)信息處理中最早最成功的應(yīng)用。

光學(xué)圖像的特征識(shí)別是指在一幅輸入圖像中找出某已知特征圖像的光學(xué)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(gè)復(fù)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(fù)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(shí)域匹配濾波器可檢測埋在相加性噪聲中的已知信號(hào)，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(bǔ)償，不能恢復(fù)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(shí)別方法在圖像識(shí)別和分類，從噪聲中檢測電信號(hào)(如雷達(dá)、聲吶的回波)等方面得到應(yīng)用。

如果一個(gè)線性系統(tǒng)的脈沖響應(yīng)函數(shù)隨輸出點(diǎn)的位置而改變，則該系統(tǒng)稱為線性空間可變系統(tǒng)。這時(shí)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(duì)于輸入圖像進(jìn)行某種坐標(biāo)變換，然后在傅里葉頻域內(nèi)進(jìn)行空間不變?yōu)V波運(yùn)算，最后再經(jīng)過某種坐標(biāo)變換(有時(shí)可省去這一變換)，得到輸出圖像。坐標(biāo)變換可以用全息圖、計(jì)算全息圖或非線性圖像掃描裝置等方法來實(shí)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(gè)任意正實(shí)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(shí)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(jìn)行特征識(shí)別。

如何對(duì)于比例變化的特征圖像進(jìn)行有效的匹配濾波識(shí)別，這要求尋找一種變換，它對(duì)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(duì)不同比例的一種特征圖像g(x,y)進(jìn)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(gè)匹配濾波器G*來校正G的位相畸變。

可以證明，對(duì)一個(gè)函數(shù)g(x,y)先進(jìn)行對(duì)數(shù)坐標(biāo)變換，然后再進(jìn)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(jì)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(jì)研制出來相應(yīng)的計(jì)算機(jī)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(biāo)變換(例如對(duì)數(shù)坐標(biāo)變換等)的輸出。線性空間可變光學(xué)信息處理包括兩步：第一步是對(duì)于輸入圖像進(jìn)行對(duì)數(shù)變換，第二步是將經(jīng)過對(duì)數(shù)變換后的圖像在傳統(tǒng)的4f系統(tǒng)中進(jìn)行空間不變匹配濾波運(yùn)算。

線性空間可變光學(xué)數(shù)據(jù)處理已在梅林變換，比例不變圖像相關(guān)識(shí)別，恢復(fù)像差，轉(zhuǎn)動(dòng)引起模糊圖像處理，以及從投影中恢復(fù)徑向分布的阿貝耳變換等方面都進(jìn)行了嘗試?，F(xiàn)在的LED燈或許會(huì)有一些問題，但是我們相信隨著科學(xué)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。