信息光学中的空间滤波与光学信息处理

从本章开始直到第8章，将介绍空间滤波与光学信息处理的相关内容。

所谓空间滤波（Spatial Filtering），是指在光学系统的傅里叶频谱面上放置适当的滤波器，以改变光波的频谱结构，使其像按照人们的要求得到预期的改善。在此基础上，发展了光学信息处理技术（Optical Information Processing Technique）。后者是一个更为宽广的领域，它主要是指用光学方法对输入信息实施某种运算或变换，以达到对感兴趣的信息进行提取（Extraction）、编码（Encoding）、存储（Storage）、增强（Enhance）、识别（Recognition）和恢复（Restoration）等目的。这种处理方法具有二维、并行和实时处理的优越性，从而激起了人们对光学信息处理的浓厚兴趣。

1873年由德国学者阿贝（E.Abbe，1840—1905年）提出的二次成像理论（Secondary Imaging Theory）及其相应的实验，是空间滤波与光学信息处理的先导。1935年，荷兰物理学家泽尼克（F.Zernike，1888—1966年）发明相衬显微术（Phase-Contrast Microscopy），将物光的位相分布转化为强度分布，成功地直接观察到微小的位相物体——细菌，并用光学方法实现了图像处理，解决了在传统的显微观察中由于采用染色技术而导致细菌死亡的问题。泽尼克为光学信息处理的发展做出了突出的贡献，荣获了1953年度的诺贝尔物理学奖。1946年，法国科学家杜费（P.M.Duffieux，1891—1979年）把光学成像系统看成线性滤波器，采用傅里叶方法成功地分析了成像过程，发表了他的名著《傅里叶变换及其在光学中的应用》。稍后，艾里斯等人的经典论文“光学与通信理论”“光学过程的傅里叶处理方法”以及奥尼尔的论文“光学中的空间滤波”相继发表，为光学信息处理提供了有力的数学工具，并为光学与通信科学的结合奠定了基础。1963年，范德·拉格特（A.Vander Lugt）提出了复数空间滤波的概念，并用全息照相方法制作出复数空间滤波器，但制作难度大；1965年罗曼（A.W.Lohmann）和布莱恩（B.R.Brown）使用计算机及其控制的绘图仪制作出复数空间滤波器，克服了制作复数空间滤波器的重大障碍，使光学信息处理进入了一个广泛应用的新阶段。此后，随着激光器、光电技术和全息照相术的迅速发展，促使其理论系统和实用技术日臻成熟，成为一门十分活跃的新兴学科，并渗透各种应用领域。(www.xing528.com)

到20世纪末期，随着高新技术的迅速发展，人类进入信息时代，要求对超大容量信息进行快速处理。光以其传递速度快、抗干扰能力强、可大量并行处理等特点，显示独特的优越性。光计算及其相关技术应运而生，又为光信息技术的发展开辟了新的方向。