相干与非相干光学处理比较：信息光学理论与应用

利用非相干光照明的信息处理系统称为非相干光学处理系统，这种系统传递和处理的基本物理量是光场的强度分布。早在20世纪20年代就有人提出这类系统，但由于在非相干光照明情况下，输入函数和脉冲响应都只能是强度分布，亦即只能是非负的实函数，这样就严重限制了系统的处理对象，例如，对大量双极性质的输入和脉冲响应，处理起来就比较困难。尤其是到20世纪60年代出现了相干性优良的激光器后，由于相干光学系统可以方便地实现傅里叶变换，系统对复振幅的处理能力很强，可以方便地在空间频率域中实现空间滤波，进行频域综合，从而大大增加了处理的灵活性。这样人们把注意力逐渐集中到了相干光学处理系统的研究上。又由于当时全息照相技术的发展，相干光学处理技术的研究极为活跃，一度曾使非相干光学处理技术相形见绌。

多年来的实践表明，相干光学处理中存在一些突出问题。首先是相干噪声比较严重，对系统装置的定位要求较高，因而对相干光学系统中的光学元件也提出了较高的要求，因为任何表面损伤（划痕、缺陷等）和尘埃都会引起衍射现象，从而在输出面上叠加上许多衍射斑，以致增大图像上的噪声。其次，正如在7.7节中指出的，相干光学系统在输入和输出上也存在问题，由于信息是以光场复振幅分布的形式在系统中传递和处理的，这就要求把输入图像制成透明片，然后用激光照明。这样就排除了直接使用阴极射线管（CRT）和发光二极管（LED）阵列作为输入信号的可能性，而在许多实际应用中的信号是以这种方式提供的。虽然可以用照相胶片作为输入透明片，但为了消除乳胶和片基厚度变化引入的附加位相起伏，应采用专门的装置——液门。所以，如果采用空间光调制器来实现非相干光-相干光转换，则对其光学质量和动态范围的要求十分苛刻。此外，在探测相干系统的输出时，只能做强度记录，丢失了输出的位相信息。这一损失有时也会限制相干系统的应用。

非相干光学系统最大的优点是没有相干噪声，同时对尘埃和元件表面的划痕、缺陷也不那么敏感，采用扩展光源还可获得更多的信息传输通道，大大削弱了尘埃、划痕等对信息传递的影响，同时也不需要液门装置。所以，只要设法解决它不能直接处理复函数和负值函数的问题，非相干光学系统也可以和相干光学系统一样，成为光学信息处理领域中一个重要的组成部分。(www.xing528.com)

非相干光学系统虽然不像相干光学系统那样具有物理上的频谱面，但其光瞳函数与系统的光学传递函数之间存在着自相关函数关系，因而可以根据要求的输入-输出关系，提出系统所需的光学传递函数，设计光瞳函数，实现信息处理。典型的非相干光学处理系统可分为两大类，一类是在空域中作运算（投影法、成像法）；另一类是在频域中作运算。前者利用几何光学成像原理，进行相关运算；后者基于衍射的非相干空间滤波-OTF综合。此外，还有一类非相干光学处理系统是离焦（或散焦）系统。

近年来，白光信息处理技术发展迅速且备受人们的关注。由于白光信息处理技术在一定程度上吸收了相干光学处理和非相干光学处理的优点，因而在应用上取得了明显的效果。