Komputerowe metody optyki
Prowadzący: dr Maciej Sypek
Semestr: 8 - 2 godziny wykładów i 2 godziny laboratorium tygodniowo
Forma zaliczenia: zaliczenie pisemne (wykład), średnia ważona z ocen ze sprawozdań i sprawdzianów (laboratorium)
Program:
Zakres wykładu obejmuje szereg tematów poświęconych optyce komputerowej. W ramach wykładów omawiane są następujące tematy: koherencja czasowa i przestrzenna światła, opis zjawiska dyfrakcji światła, transformacja Fouriera (FT, DFT, FFT), układy liniowe, próbkowanie, akwizycja i wstępne przetwarzanie obrazu wczytanego z kamery CCD, filtracje numeryczne obrazów, numeryczna symulacja propagacji światła w strefie Fresnela, holografia syntetyczna.
UWAGA
Laboratorium Komputerowe metody optyki może być realizowane niezależnie od Podstaw optyki i Informatyki optycznej - laboratorium.
Wykład:
1. Spójność czasowa i przestrzenna promieniowania. Wprowadzenie do skalarnej teorii dyfrakcji. Podstawy dyfrakcji światła w strefie Fresnela i strefie Fraunhofera. Przybliżenie przyosiowe i nieprzyosiowe.
2. Funkcje specjalne używane w optyce. Definicja splotu i korelacji. Całkowe przekształcenie Fouriera, jego własności oraz podstawowe funkcje i ich widma używane w optyce Fourierowskiej.
3. Powiązanie przekształcenia Fouriera z polem dyfrakcyjnym w strefie Fresnela i Fraunhofera. Podstawowe informacje na temat najczęściej spotykanych elementów optycznych i ich zespolonych transmitancjach. Twierdzenie o próbkowaniu.
4. Dyskretne szeregi Fouriera. Dobór okna transformaty. Algorytm szybkiego przekształcenia Fouriera (FFT). Efekty próbkowania pola. Zastosowanie algorytmu FFT do obliczania pola dyfrakcyjnego w strefie Fresnela i Fraunhofera. Porównanie metod.
5. Odpowiedź impulsowa układu. Układ izoplanarny. Funkcje natężeniowej odpowiedzi impulsowej (PSF) oraz optyczne funkcje przenoszenia układów optycznych uzyskiwane w sposób analityczny i numeryczny (w świetle koherentnym i niekoherentnym przestrzennie).
6. Typy kamer, parametry, automatyka wzmocnienia, charakterystyka automatyki kontrastu. Co to jest frame grabber? Sposób działania. Inicjalizacja frame grabbera. Znaczenie i wykorzystywanie rejestrów Look Up Table (LUT). Typy frame grabberów.
7. Podstawowe operacje na obrazach szaroodcieniowych. Przechowywanie plików zawierających obrazy. Przykładowy format bitmapy. Histogram i densytogram zamrożonego obrazu. Przetwarzanie jasności i kontrastu (expansion, equalization). Operacje geometryczne (obrót, przesunięcie, przeskalowanie, operacje wyższych rzędów).
8. Podstawowe operacje na obrazach szaroodcieniowych. Filtry splotowe. Operacje matematyczne realizowane numerycznie i optycznie.
9. Zastosowanie FFT do przetwarzania obrazów. Widma obiektów. Pomiary w dziedzinie częstości przestrzennych. Selekcjonowanie periodycznej informacji. Filtracje widma. Wycinanie periodycznego szumu.
10. Zastosowanie FFT do przetwarzania obrazów. Badanie funkcji natężeniowej odpowiedzi impulsowej oraz korekcja optycznej funkcji przenoszenia układów optycznych. Poprawianie ostrości obrazu. Usuwanie wad "poruszonych" zdjęć. Podstawowe rozpoznawanie obiektów.
11. Segmentacja i tresholding. Znajdowanie krawędzi obiektów. Operacje logiczne na obrazach binarnych. Erozja i dylatacja. Pocienianie i "skeletoning".
12. Podstawy tomografii komputerowej. Transformacja Radona.
13. Holografia syntetyczna - niekonwencjonalne elementy dyfrakcyjne generowane komputerowo. Kodowanie fazy. Zastosowanie elementów optycznych do pozycjonowania, komputingu optycznego, obróbki materiałów i niekonwencjonalnego obrazowania. Wybrane sposoby projektowania elementów.
14. Hologram klasyczny typu Fresnela i Fouriera sceny przestrzennej. Hologram syntetyczny typu Fresnela i Fouriera sceny przestrzennej.
15. Holografia syntetyczna - Kodowanie amplitudy i fazy. Odtwarzanie obrazów z hologramów syntetycznych. Wpływ próbkowania i kwantyzacji. Algorytmy iteracyjne dla hologramów czysto-fazowych (algorytm Gerchberga Saxtona). Binaryzacja (algorytmy error diffusion, direct binary search).
16. Zastosowanie metody BPM do różnych ośrodków niejednorodnych, w których propaguje się światło. Obliczanie światłowodów planarnych i paskowych. Struktury objętościowe.
17. Podstawowe informacje na temat interferometrycznych metod badania odkształceń. Automatyczna interpretacja prążków.
Laboratorium
|
