2006信息光学试卷

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河 北 大 学 课 程 考 核 试 卷

(2005 — 2006学年第2学期)

考核科目 信息光学 课程类别 必修课 考核方式 闭卷 卷别 A 题号 得分 评卷人 一 二 三 四 五 六 七 八 九 十 总分 一、填充题:(共20分,每小题4分)

系统,对光波的复振幅而言,光学系统是非线性系统。

限制。

3、透镜实现傅立叶变换的条件为:1/p+1/q=1/f,其中p 是照明光源到透镜距离,q

是观察屏到透镜的距离。

4、按记录时物光和参考光位置分类,光学全息分为同轴全息和离轴全息。 5、在相干光学处理中实现图像相减分为:复振幅相减、强度相减,时实和非时实

相减。在强度相减中是采用空域编码和频域解码的方法 二、选择题:(共20分,每小题4分)

1、一单位振幅的单色平面波,波矢K与x轴夹角为45°,与y轴夹角为45°,其复振幅在x, y方向的空间频率为 a. ζ=222222,η= b. ζ=,η= c. ζ=π,η=π 2?2?22221、在非相干光学系统中,对光波强度分布而言,光学系统是线性空不变

2、衍射受限成像系统是指不考虑几何像差,而仅考虑光瞳产生的衍射

2、一个衍射屏的振幅透过率函数为 t(r)=A cos(ar2) circ(r/r0),在成像和傅立叶变换性质上类似透镜,其焦距表达式

a. f=∞ b. f=π/λa c. f=±π/λa

3.白光通过干涉滤光片后,获得了波长宽度为1nm的准单色光,当中心波长为600nm时,若把光谱分布看作矩形线型,其相干时间为 a.τc= 0.36s b. τc=2×10-14s c. τc=1.2×10-12s

4.利用一个焦距为f的薄透镜对物函数进行傅立叶变换。当采用单位振幅的相干平行光垂直照明物函数,欲在透镜的后焦面得到物的准确傅立叶频谱,物应放在。

a.透镜前焦面 b.透镜前 c.透镜后

5.利用4F相干光学信息处理系统,来实现图像S(x.,y)的识别。其匹配空间滤波器应选择

a. H(ζη)=S(ζη), b. H(ζη)=S*(ζη) c. H(ζη)=1/S(x.,y) 三、问题与分析(共15分,每小题5分)

1、什么是点扩展函数,给出透镜的点扩展函数表达式。

答:当物面上光振动为单位脉冲,即?(x,y)函数时,经过成像系统在像平面上分

布函数叫做点扩展函数h(x0,y0,xi,yi) 透镜的点扩展函数:

?h(xi,yi,x0,y0)?M????x0)??(yi?~y0)?]d?d?P(?di?,?di?)e?j2?[(xi?~ MF{P(?di?,?di?)} P(?di?,?di?)?1。则透镜的点扩展函数: h(xi?~x0,yi?~y0)=M?(xi?~x0,yi?~y0) 2、在右图光学系统 中 f 是透镜L2的焦距,p是物距,q是像距。L1是准直透镜。能否进行空间滤波?若能分析透镜L2的作用?

P f x3 q L1 Y1 x1L2 Y2 x2Y3 答:当满足1?1?1可实现空间滤波,此时透镜L2起傅里叶变换和成像作用

pqf3.相位调制假彩色编码可分为几步来实现,并说明每一步的作用。

y 答:相位调制假彩色编码分三个步骤:光栅抽样、

漂白处理、白光光学信息处理系统中的滤波解调。 光栅抽样:用线光栅调制黑白输入图像,使之复制在一张底片上。

b a 2d x

漂白处理:使得透明片上的光程差与折射率呈线性关系,图像的密度信息转化为相位信息。

四、计算:(共45分)

1、一单位振幅的单色平面波垂直照明一双矩孔衍射屏,给出其夫琅和费衍射强度分布表达式?(15分)

答:透镜的复振幅透过率是

?x??y?d??x??y?d?t?x,y??rect??rect???rect??rect??abab???????? 若采用单位振幅单色平面波,则U照?1,则衍射屏后表面的光场分布为

?x??y?d??x??y?d?U0?x0,y0??t?x,y??U照?rect??rect???rect??rect?? abab????????Z处的夫琅禾费衍射复振幅分布

U(x,y)??1?k2exp?jkz??exp?jx?y2j?z?2z1???U??F??0(x0,y0)?fx?xy,fy??z?z??k2?exp?jkz??exp?jx?y2??j?z?2z?absinc?afx?sinc?bfy?exp??j2?dfy??absinc?afx?sinc?bfy?exp?j2?dfy??? ?光强分布

I(x,y)?U*(x,y)?U(x,y)?1????absinc?afx?sinc?bfy?exp??j2?dfy??absinc?afx?sinc?bfy?exp?j2?dfy???z??absinc?afx?sinc?bfy?exp?j2?dfy??absinc?afx?sinc?bfy?exp??j2?dfy?2?????1?22???2?absinc?afx?sinc?bfy????absinc?afx?sinc?bfy???exp??j4?dfy??exp?j4?dfy????z??1?22???2?absinc?afx?sinc?bfy???2?absinc?afx?sinc?bfy??cos?4?dfy???z??1?2xy?2???absinc?afx?sinc?bfy??1?cos?4?dfy?f?,f??zxy???z?z222??????2、一空间频率为1000周/mm方波通过一光瞳为圆形 透镜成像,如果透镜的焦距为10cm,物距为20cm,

波长为10-4cm,采用①相干光照明时,②非相干光照 明时,透镜直径最小为多少,才会使像面上出现强度 的任何变化?(15分)

答:透镜用于成像时1?1?1,其中p=20cm,f=10cm,求得像距q=20cm。相

pqf干光照明的截止频率是f0?l2?di?l2?q,则

l?2?qf0,将f0=1000周/mm,q=20cm,

?=10-4cm,得l=40cm。

非相干照明的截止频率在相同的系统下是相干照明的2倍,得l=20cm。

3、设一物函数的振幅透过率为:t(x , y)=g(x,y)(1+cos(2?f0x)),其中f0是任意空间载波频率,g(x,y)具有有限的空间频率。若将此透明片置于在4F相干光学信息处理系统的输入面上。

1.求其频谱面上相应的频谱分布。(10分)

2.设计一种滤波器使其输出面上只有g(x,y)分布。(5分)

答:1.求其频谱面上相应的频谱分布正比于F {t(x , y)=g(x,y)(1+cos(2?f0x))},即

T??,???F?g?x,y??1?cos?2?f0x???1???G??,???????,????????f0??????f0???2???G??,???1?G???f0,???G???f0,?????x,??y2?z?z 上式即为频谱分布。

2.为了使其输出面上只有g(x,y)分布,只需让g(x,y)的频谱G??,??通过即可,即设计一种低通滤波器只让g(x,y)的频谱G??,??通过。

本文来源:https://www.bwwdw.com/article/5tvf.html

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