信息光学原理范例(3篇)

信息光学原理范文

论文摘要：回顾了全息术的历史，阐述了全息术的基本原理，然后介绍了全息术在实际中的应用及其发展方向。

我们看到的世界是三维的、彩色的，这是因为每个物体发射的光被人眼接受时，光的强弱、射向和距离、颜色都不同。从波动光学的观点看，是由于各物体发射的特定的光波不同，光的特征主要取决于光波的振幅(强弱)，位相(同相面形状)和波长(颜色)。如果能得到景物光波的完全特征，就能看到景物逼真的三维像，这就是全息术。全息术诞生到现在60年来取得了很大的进展，已被广泛地应用于近代科学研究和工业生产中。

1全息术的历史和发展阶段

1948年，丹尼斯·盖伯提出一种记录光波振幅和相位的方法，随后用实验证实这一想法，即全息术，并制成世界上第一张全息图。盖伯本来是为提高电子显微镜的分辨率而提出的设想，虽然未能用电子波证实其原理，但用可见光证实了。从第一张全息照片制成到20世纪50年代末期，全息图制作具有以下共同特点：全息图都是用汞灯作为光源；而且是所谓同轴全息图，即物光和参考光在一条光路上得到的全息图。这一时期的全息图被称为第一代全息图，标志着全息术的萌芽。第一代全息图存在两个严重问题，一个是再现的原始像和共轭像分不开，另一个是光源的相干性太差。因此在这十多年中，全息术进展缓慢。

1960年激光的出现，提供了一种高相干度光源，为全息技术发展提供了可能。针对第一代全息技术出现的问题，利思和乌帕特尼克斯(1962)提出，将通信理论中的载频概念推广到空域中，用离轴的参考光与物光干涉形成全息图，再利用离轴的参考光照射全息图，使全息图产生三个在空间互相分离的衍射分量，其中一个复制出原始物光。该方法被称为离轴全息术，这是全息术发展的第二阶段。第二代全息术解决了光源的问题，并且在立体成像、干涉计量检测、信息存贮等应用领域中获得巨大进展，但是激光再现的全息图失去了色调信息。

科学家们开始致力于研究第三代全息图到。这是用激光记录，而用白光再现的全息图，在一定的条件下赋予全息图以鲜艳的色彩。第三代全息术已经在很多领域的到了应用，例如：像全息、反射全息、彩虹全息、模压全息等。

激光的高度相干性，要求全息拍摄过程中各个元件、光源和记录介质的相对位置严格保持不变，这也给全息技术的实际使用带来了种种不便。于是，科学家们又回过头来继续探讨白光记录的可能性。第四代全息图应该是白光记录白光再现的全息图，它将使全息术最终走出有防震工作台的黑暗实验室，进入更加广泛的实用领域。

2全息术的基本原理和特点

全息术是一种“无透镜”的两步成像法，它能在感光胶片上同时记录物体的全部信息，即物体光的振幅和位相。全息照相过程分全息记录和再现两步：第一步称为波前记录(全息记录)；第二步物体的再现(重现)。

波前记录依据的是干涉原理，物光波和参考光波相干叠加而产生干涉条纹。干涉条纹的反衬度记录了物光波前的振幅分布，干涉条纹的几何特征(包括形状、间距、位置)记录了物光波前的位相分布。就是说，全息图上的强度分布记录了物光波的全部信息-振幅分布和位相分布，它们分别反映了物体的明暗和纵深位置等方面的特征。应当指出，任何感光底片都只能记录振幅(或者说强度)的分布，而不能直接记录位相分布，全息照相之所以能记录位相分布，是利用了参考光波把它转化成了干涉条纹的强度分布。假如没有参考光波，或者它与物光波不相干，波前上的位相分布是不可能记录下来的。

波前再现的理论依据是衍射原理，照明光波(再现光)经过全息图衍射后出现一个复杂的光波场。全息图的衍射波含有三种主要成分，即物光波(+1级衍射波)，物光波的共轭波(-1级衍射波)，照明光波的照直前进(零级衍射波)。在现代记录和重现的全息照相装置中，这三种衍射波在空间彼此分离，互不干扰，便于人们用眼睛或镜头去观测物光波的虚像或其共轭波的实像。

全息术的原理决定了它所记录的全息图有下列特点：

(1)三维性——因为全息图记录了物光的相位信息，图像具有显著的视差特性，可以看到逼真的三维图像。

(2)不可撕毁性——因为全息图记录的是物光与参考光的干涉条纹，所以具有可分割性。它被分割后的任一碎片都能再现完整的被摄物形象，只是分辨率受到一些影响。

(3)信息容量大——同一张全息感光板可多次重复曝光记录，并能互不干扰地再现各个不同的图像。

(4)全息图的再现相可放大或缩小——因为衍射角与波长有关，用不同波长的激光照射全息图，再现相就会发生放大或缩小。

3全息术的主要应用及其发展方向

全息术经过60年的发展，已与计算机技术、光电技术以及非线性光学技术紧密结合，成为一种高新技术，扩展到医学、艺术、装饰、包装、印刷等领域，在一些发达国家还兴起了全息产业，并且正在形成日益广阔的市场，实用前景非常可观。本文介绍全息术中几个应用较为广泛、产业化较成熟的领域并说明其发展方向。

3.1全息存储

全息存储是依据全息术的原理，将信息以全息照相的方式存储起来，它利用两个光波之间的耦合和解耦合，可以把信息存储和信息之间的比较(相关)、识别，甚至联想的功能结合起来，也就是可以把信息存储和信息处理结合起来。用于全息信息存储的记录介质较多，可永久保存信息的全息图用银盐干板、银盐非漂白型位相全息干板、光聚合物及光致抗蚀剂等；可擦除重复使用的实时记录材料有光导热塑料、有机或无机光折变材料等。全息存储在存储容量方面具有巨大的优势，原因是：

(1)全息存储具有存储容量大的优势。用感光干板作为普通照相记录信息时，信息存储密度的数量级一般为105bit/mm2；用平面全息图存储信息时，存储密度一般可提高一个数量级达106bit/mm2；如果用体全息图存储信息时，存储密度可高达1013bit/mm2。

(2)全息存储具有极大的冗余性，存储介质的局部缺陷和损伤不会引起信息丢失。

(3)全息存储具有读取速率高和能并行读取的特点，每个数据页可包含达1Mbit的信息，写人一页的时间在100ms左右，读信息的时间可以小于100μs，而磁盘的寻址时间至少需要10ms。

当前，在世界范围内掀起了全息存储研究的热潮，并取得很大的进展，其主要表现在：

(1)存储容量迅速提高和性能不断改善，并逐步走向实用化。例如，1994年美国加州理工学院在1cm3掺铁妮酸锉晶体中记录了1000幅全息图，同年，斯坦福大学的一个研究小组把经压缩的数字化图像视频数据存储在一个全息存储器中，并再现了这些数据而图像质量无显著下降。1999年美国加州理工大学利用空-角复用技术，在同一块在掺铁铌酸锂晶体中存储了26000幅全息图。北京清华大学实现了在掺铁妮酸铿晶体中的同一空间位置记录1500幅全息图，并研制了具有紧凑结构的灵巧型全息存储装置。

(2)实用化的全息存储系统逐渐推出。例如，1995年由美国政府高级研究项目局(ARPA)、IBM公司的Almaden研究中心、斯坦福大学等联合成立了协作组织并在美国国家存储工业联合会(NS1C)支持下川，投资约7000万美元，实施了光折变信息存储材料(PRISM)和全息数据存储系统(HDSS)项目，预期在5年内开发出具有容量为1Tbit数据，存储速率为1000MB/s的一次写人或重复写人的全息数据存储系统。同样的研究在法国、英国、德国和日本等国家也正在加紧进行。

近几年来，光电子技术和器件取得了系列重大进展，为全息存储器提供了所必要的高性能半导体激光器、液晶空间光调制器、CCD阵列探测器等核心元器件，全息存储的理论和方法的发展使这项技术日趋成熟然而，美中不足的是全息图的寿命问题尚待解决，虽然张泽明、谢敬辉等对Ce：Fe：LiNbO3晶体的全息存储和热定影进行了理论和实验研究，从方法上给出了记录角度越大，光栅周期越小，热定影所需最小离子数密度越高，存储系统的整体性能越好，但是目前还未解决的一个难题是寻找合适的记录材料。无疑，这将成为全息存储界研究的热门课题。

3.2显示全息

显示全息技术是在激光透射全息图的基础上来制作各种类型的全息图，如白光反射全息图、白光透射全息图等，各种类型的显示全息图可用于舞台布景、建筑、室内装饰、投影等；再如，以动态显示的全息技术、层面X射线照相术、3DCAD技术、3D动画片、雷达显示、导向和模拟系统等，每3年一次的显示全息国际会议上都有全息界泰斗展出令人吃惊的全息图，它们充分展示了全息技术创造性的魅力和艺术的美。

显示全息目前主要有两大类：第一类是Lippmann全息图，制作方法有Denisyuk的单光束法和Benton的开窗法。第二类是S.A.Benton的彩虹全息图，这是一种透射式显示全息图，可在白光照明下再现立体图像，且图像的颜色随观察的位置的变化而变化，从红到紫如雨后彩虹而得名。随着高质量记录材料的发展，随后的一些研究者和艺术家不断追求更实用的拍摄技术，如假彩色编码和真彩色反射全息图等。美国光学学会主办的《AppliedOptics》和《OpticsLetters》在20世纪80年代都有关于这方面的论文报道。由SPIE主办的《Holosphere》和美国全息制造商协会主办的《HolographyNews》以往和近年都不断地报道有关显示全息图的最新制作技术和商业信息。但从这些报道情况来看，显示全息存在不足主要表现在：

(1)视角范围、图像体积有限；

(2)没有获得特别有效的全息图的计算方法；

(3)由于全息计算数量巨大，导致动态显示异常困难。克服以上不足，将可能成为显示全息研究的几个热点。

近年来，显示全息技术掀起一场数字化变革，数字合成全息技术为全息三维显示开辟了前所未有的应用前景。随着计算机运行速度的提高和高分辨空间调制器件的发展，利用显示全息的大视场、大景深、全视差、真彩色、可拼装、价格低廉等特性，在不久的将来开发出真正意义的全息电影和全息电视，为显示全息技术创造良好的商业前景。

3.3模压全息

模压全息是1979年RCA公司为解决视频标准件的全息拷贝而提出的，它是将全息术和电镀、压印技术结合起来，使全息图的制作产业化，用白光再现时，可得到色彩鲜艳逼真的三维图像，并可通过印刷方式大批量生产，使得它在许多领域得到广泛的应用，以商品形式走向市场。模压全息的制作主要分为三个阶段：激光摄制原片全息图；电成型制金属模板；模压复制。这三个阶段生产工艺和技术要求都比较高，因此，模压全息作为安全防伪首当其冲，是安全防伪技术的一个里程碑。正如全息图的新奇性、强烈的视角效果、制作的难度以及易于应用在钞票的包装上，不能去除性、价格低廉、容易验证等特点，使它很快占领了防伪领域。模压全息是一种技术与艺术结合的高科技产品，无论在高档商品促销、名优商品的防假冒或在有价证券(如信用卡、钞票、护照签证)的防伪和加密以及图书、印刷、印染、装磺、纪念邮票和广告标牌等都有采用模压全息技术，并备受使用者青睐。

模压全息出现于20世纪70年代，80年代中期已形成了一种产业，90年代达到了鼎盛时期。本世纪初，随着防伪技术要求的不断提高，模压全息技术又有了新的突破：美国斑马图像公司推出了二维图像的数字化采集和拍摄技术；2003年，苏州大学研制成功并已批量生产“数码激光全息照排系统”；同年，倪星元、张志华等成功研制了可替代传统镀铝防伪薄膜的透明TiO2激光全息防伪薄膜。这些模压全息的一个个技术突破，使防伪功能有了提高，让激光全息防伪技术达到新的境界。

模压全息产业在我国起步较晚，但发展速度迅猛，目前国内已有100多条模压全息生产线。为了使模压全息技术健康发展，我国模压全息产业发展必须在三个方向上引起重视：首先是开拓全息烫金材料，取代金膜和银膜，其次开发全息包装材料，实现立体防伪包装，第三个方向是模压全息技术和现代印刷术相结合，体现传统的美术效果和现代科技的艺术魅力。

3.4全息干涉计量

全息干涉计量术是将不同物光，在不同的时间记录在同一张全息干板上，然后利用全息术的空间波前再现原理，非接触地对物体表面进行三维测量而获得信息。全息干涉计量术是全息应用的一个重要方面，它能实现高精度非接触性无损测量，比一般光学干涉计量有很多优点。一般光学计量只能测量形状比较简单、表面光度很高的零部件，而全息计量方法则能对任意形状、任意粗糙表面的物体进行测量，测量精度为光波波长λ的数量级。目前，全息干涉计量术在方法上先后发展了实时全息干涉法(单次曝光法)、二次曝光全息干涉法、时间平均全息干涉法、双波长干涉法以及双脉冲频闪全息干涉法，此外，J.A.Leendertz开辟了全息干涉计量术的另一个新的分支-激光斑纹计量术。随着光电技术、计算机技术、CCD器件及光纤技术的飞速发展，使得全息干涉计量技术在信息采集和处理上更为方便、快捷和可靠，并得以在恶劣环境条件下对某些物理量进行定时测量。再加之相移技术、外差技术和锁相技术等，可使测量精度提高到λ/100或更高。

全息干涉计量在20世纪80年代美国等西方先进国家已产业化，我国在20世纪80年代初有几所大学和科研单位的研究项目通过鉴定，其中有些达到当时的先进水平。经过近几年的开发和研制，我国在全息干涉计量测试设备方面主要发展有：

(1)用于测试火箭发动机喷雾化特性的YSCI型离子瞬态激光全息测试仪；

(2)用于激光热核聚变稠密等离子体电子密度测量的SPQ-1型四分幅皮秒紫外线激光全息探测仪；

(3)包括记录、再现、图像处理三部分的瞬态激光全息干涉计量测试系统；

信息光学原理范文篇2

【关键词】刑事图像;模糊图像;复杂背景分离;数字图像处理

图像和视频资料是视听资料证据的重要组成部分，在公安工作中这些图像数据所记录的信息和细节往往成为侦破案件的关键突破口。然而，由于图像采集过程中可能存在的抖动、对焦不实、曝光失当、随机噪声、人为干扰等因素会造成图像质量较低、信息丢失。另外目前监控录像也缺乏有针对性的统一的质量标准，造成大量的低质量视频资料，数据不完整、图像不清晰。因此，如何提升刑事图象质量，挖掘其中的隐含信息成为刑事科学技术中的一项重要研究课题。

一、低质量刑事图像分类

本文所指低质量刑事图像为图像中具有侦查价值与证据意义的关键内容细节难以由肉眼直接辨识。低质量刑事图像的来源较为复杂，如来自照相机、视频监控系统、手机、电脑摄像头等;并且分析处理目标具有不确定性，如指纹、足迹、车牌、车型、人脸、笔迹、银行卡号。为便于分析本文将低质量刑事图像分为两大类：

1.模糊图像

是由成像过程各种因素造成的图像本身整体质量较低。包括由于拍摄过程或图像获取过程中的技术失误、采集设备与被拍摄物体之间的相对运动、图像采集传输中引入噪声等原因引起的图像质量降低，即通常所指的模糊图像。例如由于曝光过度失去亮部细节的痕迹照片;对焦不准造成的模糊照片;车辆在高速运动过程中被监控设备拍下的车牌等。

2.复杂背景图像

是图像本身质量没有问题，但其重要内容的辨识度较低。主要这类图像主要指图像中重要内容与背景之间的反差较低，使痕迹纹线淹没在杂乱的背景中在视觉上难以识别，即复杂背景图像。例如纺织品上的指纹痕迹;红色地板上的血迹;彩色包装袋上的汗液指纹等。

二、低质量图像隐含信息显现的依据

低质量刑事图像同样包含着大量的信息，但由于人眼的视觉限制，直接用肉眼无法识别出来。对于静态图像来说，对比度与色彩是影响视觉分辨率的最大因素。人眼识别亮度变化范围虽然很大，但识别灰度反差的能力很低，数字图像一般具有256个灰度级，人眼只能区分20-30级，当亮度差别过低时便区分不出景物轮廓与细节，所以图像中大量有价值的细节差异人眼无法感知或辨别。人眼对彩色的敏感度要高于灰度图像，正常人眼能区分上千种色彩，人眼对不同的色彩敏感度也不同。通过对图像的处理，控制重要特征灰度的或色彩的反差至人眼能分辨的范围，隐含信息就能显现出来。应注意，图像处理只能显现图像中原本就包含着的信息，而无法获得图像中原本不存在的信息。

三、处理原理及方法

（一）模糊图像的隐含信息显现

1.图像增强

图像增强方法不追究造成图像低质量的原因，用试探的方法，有选择的突出图像上感兴趣的信息，相应的抑制或消除不感兴趣的信息，从而提高图像的视觉质量或利于进一步分析处理。（1）对比度增强。对比度指图像中亮部与暗部之间的灰度反差程度。在拍照中由于曝光过度或曝光不足时，影像会整体偏亮或偏暗。这时整个图像的灰度反差较小，景物灰度范围被压缩，对比度较低，景物的细节层次人眼无法分辨。通过对比度增强，可以将图像的灰度动态范围重新进行分配，从而增加明暗反差，改善视觉效果。对比度增强可以通过灰度变换或对直方图的运算来完成。（2）图像的锐化处理。通常对图像进行分析、判读时，需要通过物体的边缘轮廓来对目标进行识别。而模糊图像往往因为内容对象边缘轮廓不清晰而影响对其的辨识。图像的锐化处理就是突出图像中感兴趣内容的轮廓特征，从而使目标物更加清晰而易于识别。

2.图像复原

图像复原技术探究造成图像低质量的原因，并针对图像退化的原因建立退化的数学模型，通过对退化模型的逆转操作来试图恢复低质量图像退化前的原始状态。图像复原并没有统一的方法，而是针对性的根据不同的模糊原因设计相应的算法来解决问题。在刑事图像实践工作中最常见的退化原因有曝光失当产生的非线性退化，对焦不准产生的离焦模糊，设备与目标相对运动产生的运动模糊，以及综合性的模糊。图像复原工作的关键两个步骤为：第一判断模糊类型，第二确定模糊参数。

（二）复杂背景图像的背景分离

复杂背景图像根据背景的不同又可以分为几类：规律性背景图像;背景图案色彩纹线等变化缓慢的低频背景图像;与目标对象色彩反差极低的简单或复杂背景图像。针对不同类型，可以选取不同的分离方法如下。

1.数学运算与逻辑运算

数字图像的本质即为由每个像素值组成的二维数组，因此对数字图像的任何处理归根结底就是对二维数组中的数进行运算。最基本的运算即为数学运算的加减乘除、逻辑运算的与或非。在物证成像技术中，通过减法运算能够用来消除加性的痕迹图像背景干扰。图像的相除运算能够抑制乘性干扰成分，例如透射配光拍摄的痕迹图像的背景干扰，拍摄时光照的不均匀而形成干扰等。（1）图像配准。图像配准方法适用于背景图像极易寻找且高度一致的痕迹图像类型，如纸币、票据上的痕迹等。将背景图像另行拍摄后，与原始图像进行严格配准，再运用图像减法便可得分理处痕迹。应注意，配准一定要几何与强度的严格一致，如果原始图像与背景图像不能严格配准，相减所得结果会导致图像更加混乱。例如纸币上的血指纹A（x，y），选择相同的纸币拍摄同样的部位B（x，y），拍摄后图像相减得到F（x，y）=A（x，y）-B（x，y），结果图像F（x，y）即为消去背景后的痕迹图像。（2）通道运算。通道运算利用彩色图像的色彩模型，根据彩色图像形成色彩和显示色彩的原理进行背景分离。当然常用的图像色彩模式有RGB模式、HSB模式，CMYK模式，LAB模式等。对于背景图像不易寻找或难以配准的图像，可以利用通道相减的方法突出痕迹。这种方法适合于在不同通道下目标内容与背景的反差区分较大的图像，将目标与背景反差大的通道和目标与背景反差小的通道相减便可以有效的分理出痕迹。例如印章与印文分离，通常印章为红色，印文为黑色，则两者在某种色彩模式下的不同通道显示结果有明显差异，选择两个反差最大的通道进行相减，即可成功的将印章和印文分离。

2.频域滤波

有时直接针对二维数组本身进行空间域运算难以达到理想效果，还可以将图像转化至频率域，进行频域滤波来消除或抑制背景干扰。图像中色彩纹线变化缓慢的部分是低频部分，图像中色彩纹线变化丰富的部分为高频部分。进行高通滤波可以有效增强高频部分而抑制低频部分，从而使痕迹更加清晰的显现出来。此方法适用于背景较为简单的复杂痕迹。对于规律性周期性的背景，可以利用傅里叶变换（FFT）将其变换至频率域。此时规律性背景在频谱上显示为中心对称分布的离散亮点，将这些亮点使用滤波方法去除，再逆傅里叶变换回空间域，背景便被有效的去除。

3.彩色处理

由于人眼对色彩变化的敏感程度远大于对灰度变化的敏感程度，因此将灰度图像转化为彩色图像可大大增加对图像细节的辨识程度，称作伪彩色处理。同时人眼对各种色彩之间差别的的分辨能力也不同，如黑白100%，黑绿94%，黑红90%，黑蓝26%，红绿40%，红蓝23%，蓝绿19%。因此对彩色图像来说，将视觉分辨能力较差的差异色彩映射转换到视觉分辨能力强的差异色彩上也可以增加对图像辨识度，称作假彩色处理。彩色处理可以通过对色彩通道的调整和运算实现。通用图像处理软件Photoshop下的相关颜色命令可以方便实现大部分彩色处理需求。

四、挖掘刑事图像隐含信息的新思路

（一）将单帧图像处理与视频动态序列图像结合起来的图像超分辨率复原

图像超分辨率复原是通过硬件或软件的方法来提高原有图像的分辨率。目前提高图像分辨率的方法主要有两类，一类是单帧图像超分辨率，一类是利用时间序列上的同一场景的多帧图像来换取空间分辨率的提高。单帧图像的超分辨率的核心是图像插值，而对单幅图像插值不能恢复在图像采集过程中损失的高频部分，也就是说无法在原图像基础上获取更多有用信息。多帧图像的超分辨率是利用时间分辨率来换取空间分辨率，增大了单帧图像的信息量。目前视频监控类图像逐渐成为刑事图像的一类主流图像，而其图像质量参差不齐，部分图像分辨率很低，同时具有检验需求的那部分图像如人像等在画面中又仅占较小面积，这使得监控类刑事图像对超分辨率的需求强烈。监控类图像恰恰满足了图像超分辨率重建需要的同一场景的多帧序列图像基本前提。在同一场景下，每一单幅LR图像都为最终的HR复原图像提供一些不同的信息，最终将这些信息综合起来将大大扩充信息量，真正实现隐含信息的挖掘和显现。

（二）将计算机数字图像处理与刑事图像光学显现相结合

使计算机数字图像处理的方法起始于图像已获取之后，而缺乏图像采集之前的原始状态信息。往往在图像获取过程中由于图像采集设备自身缺陷、采集技术、采集方法的因素，使图像丢失大量有用信息。例如有些痕迹物的不规则形状也会导致各部位表面反射光的不同，痕迹物质自身材质不同而对不同波长的光吸收反射性质差异等，这些因素如不采用恰当的采集方法就会使图像丢失原本具有的相关光学特性信息。传统的刑事图像技术方法主要采用光学方法或化学方法来显现痕迹隐含信息，成熟的技术有可见光的加强反差配光方法、特种照相。若将传统刑事图像技术与计算机数字图像处理结合起来，将能够更大限度的获取图像有效信息。

1.可见光加强反差配光方法采集图像与数字图像处理结合

物证照相的配光检验技术可以显著地增强痕迹与背景客体之间的亮度反差，从而把潜在的痕迹显现出来并减弱或者消除背景干扰。对于在光滑平面客体上的各类微弱汗液、灰尘等痕迹，可首先利用定向反射照明方法进行配光，采集加大反差之后的痕迹，然后进一步的使用图像处理的方法进行图像增强。对于暗色光滑平面上的痕迹，可采用暗视场配光进行采集，而后进行数字图像处理。掠入射配光方法可以显著的抑制物质在垂直方向的内反射光，适合于采集平整表面上的非常微弱的灰尘等痕迹，这些微弱痕迹如果使用常规方法拍照，灰度将会集中到无法单使用数字图像处理方法将痕迹提取出来。对于透明、半透明客体上的痕迹可采用透射配光方法进行采集，再进一步进行图像处理。

2.特种照相技术与数字图像处理相结合

刑事图像技术中的特种照相是利用特殊光源来对痕迹物证进行显现和检验。物质的材质不同而对光线的吸收和反射具有光谱选择性，常规拍照会使获得的图像丢失这种特性，从而失去挖掘此类隐含信息的可能性。红外反射照相和紫外反射照相正是利用被摄物体对可见光、紫外线、红外线的不同吸收、反射能力而显示一些肉眼看不到或普通照相显示不出来的细节。红外线还具有一定的穿透能力，能够显示检材内部深层部位的细节，如显现被涂抹遮盖的文字痕迹、穿透烟雾等，这是单用数字图像处理无法达到的。紫外线还可以显示被检物体的表层细节，因此由于痕迹物证承载体内反射光而形成的背景图案干扰被减弱或完全消除，隐含信息被显现出来。光致发光照相，记录了物质在激发光源的激发下的不同发光特性，将这些发光特性记录下来可以一定程度上区分不同材质的痕迹与背景，从而加强反差。将光学显现的方法与数字图像处理相结合，首先根据被采集图像的光学特性，利用配光或特种照相的方法获取其数字图像，然后进一步进行处理。此方法优点是可以获得采取单一方法无法达到的显现效果;缺点是需要操作者在图像采集阶段便要进行干预。

（三）图像融合

图像融合是指对同一目标图像将其用单一传感器采集到的多波段信息或者用不同类传感器采集到的信息经过图像处理，最大限度的提取各个信道中的有利信息，最后综合形成高质量的图像。图像融合可以消除多幅图像的冗余信息，增强图像中的有用信息，以形成对目标的更加清晰、完整、准确的描述。如对同一被摄物证，若痕迹物证本身的尺寸小又附着在非平面客体上，由于景深的限制，可能使物证无法在景深范围内完整的清晰成像。可采集同一物体的多幅不同景深段的图像，最终将这多幅图像融合来获取最大清晰度。在物证光学检验实际应用中，可见光照相、红外反射照相、紫外反射照相、光致发光照相等不同波谱段针对同一痕迹物证图像显示不同的信息，那么将这若干种信息采集方法获取的图像融合起来，将综合出更多有用的信息。

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信息光学原理范文

郭光灿

生于1942年，籍贯福建惠安。科技部“973”项目“量子通信与量子信息技术”首席科学家，中科院重要方向项目首席科学家，国家基金委创新群体学术带头人。2003年当选为中国科学院院士，2009年当选为第三世界科学院院士。毕生从事量子光学、量子密码、量子通信和量子计算的理论和实验研究，现任中国科学院量子信息重点实验室主任。

郭光灿在中国科技大学修读无线电专业的时候，量子力学是基础课。当时全校参加量子力学这门课考试的有200多人，一半人考不及格。

郭光灿考了满分5分。

但是他还是不懂。“量子世界太神秘了，很陌生，但又很诱惑我。”从那时起，郭光灿就盘算着要研究量子光学。

“我这个人就是有这样的兴趣，我不了解的，就想弄明白。”

书生意气挥斥方遒

郭光灿30岁时，国内对激光的理论研究，大概分为全经典、半经典和全量子理论三种。当时看来，经典理论已经成熟，半经典也趋于完善，足以解释几乎所有的激光现象，都认为没必要再去搞量子。当郭光灿决定要去研究“量子光学”的时候，听到的几乎都是反对和质疑声。

“完全是一种好奇，我大概是国内第一个认为，这可能很有趣――我有对奥妙的追求。”他想都没想前途的事。

他开始去旁听理论专业研究生的课程，却还是不太清楚玄妙的“量子”。

1981年，他被公派到加拿大访问学习。在多伦多大学郭光灿才发现，国际学术界开展量子光学研究已20多年。

1983年，第五届国际量子光学会议在美国罗彻斯特大学召开。参加那次会议的中国人只有8名。会后，几个中国年轻人，血气方刚，畅谈直至凌晨两点多。聊中国科研落后，甚至没人懂量子光学！他们觉得应该把祖国在量子光学领域的科研搞起来。他们相约：谁先回国，谁就来组织国内的队伍。

郭光灿先回国。第二年，他在安徽琅琊山醉翁亭，召集了全国量子光学会议，当时仅有50多人参加――大家是来瞧新鲜的。

郭光灿不馁：总算有人知道量子光学了。

震惊量子光学界

毕竟国外20年前就开始做了。跟着做想赶超？太难。上世纪90年代初，郭光灿接触到一个新词：量子信息。他想，这可能是个突破口。

可他连“经典信息”都不清楚。于是他请来中科大信息学院的教授，从“0101”开始学编码。他们找了一个题：量子编码。

“量子性很容易受干扰而被破坏，有人提出用编码的办法，保护信息不受干扰。但是很难为量子编码。国际上，一开始是11个码编1个，后来9个编1个。有人证明至少5个编1个。”

“这个领域刚刚开始，遍地是黄金。”郭光灿坚信。

后来证明他是对的。当时所做的编码、量子比对，都是独立的消相干，“我们来一个集体消相干会怎样？”

还真算出了名堂。“集体消相干”更省事：他们把不会消相干的特殊量子态称为“无消相干子空间”，只在需要的时候再把会消相干的量子编码到这个态上，来避免出错。在国际上，人们称之为“量子避错编码”。

“量子避错编码”成为三种不同编码原理之一。

1997年，郭光灿的该文章发表在《物理评论快报》，震惊了国际量子光学界：中国居然在量子光学上有这样的成果。

“中国人是能够超过他们的”

一个量子信息不能克隆成两个一模一样的量子信息，叫做量子不可克隆。

有人就说，克隆不成功也可以。对一个量子信息进行克隆，克隆出的信息与原信息的相似程度叫保真度。保真度小于1，就不一样；保真度等于1，就完全一样。

“我们就提出一个新的克隆原理。克隆机成功克隆一个信息，留下来；不成功的丢掉，成功的最大的效率是多少？”郭光灿说。

郭光灿课题组算出来这个极限，并命名为“段―郭界限”。这个界限不可逾越，否则违背量子力学，也称为“段―郭界限不可逾越”。

这是他们发表在《物理评论快报》的第二篇高水平文章。此时，郭光灿在国际上已经有了一定的知名度。

2000年，郭光灿研究组凭借“利用光腔制备两原子纠缠的方案”研究再次引起世界瞩目。后来，法国科学家沙吉・哈罗彻用实验证明了这一理论。他在实验成功之后给郭光灿发了一封邮件说：我们祝贺你，我们在实验上把你的方案做成了。

沙吉也没想到，十年之后，他借此获得了2012年诺贝尔物理学奖。

同领域的一名国际审稿人惊讶于郭光灿课题组的成果，感慨：“我们怎么就没想到？”郭光灿回应道：“我们中国人是能够超过他们的。”

中国的声音

量子信息方兴未艾，对国家来说，仅靠一个研究组是不行的。中国的量子光学要尽快步入世界前列、实现赶超，是一直萦绕在郭光灿脑海中的问题。

“我想了各种办法，去吸引国内更多年轻人从事这个领域，让领导和学术界能够更了解这个领域。”著述《量子光学》教程，在《物理》发科普论文，参加会议……郭光灿奔走呼告。

1998年，郭光灿组织量子信息香山科学会议。他致信钱学森，提出我国应该以“两弹一星”精神推动量子信息的发展，抢占先机。

“这个领域太新太小，当时我还挺天真，就想找全国最牛的，邀请钱老做香山会议的主席。”郭光灿回忆说。

是年，钱老已离不开轮椅。但他很快回了信，“你说的都很重要，我很支持你”。

郭光灿后来找到王大珩。王大珩专于经典光学，但他触类旁通，马上意识到了量子光学研究的意义，欣然同意。他说：“中国人必须在这个领域有自己的声音”。

这话落在郭光灿心窝里，眼眶一热。

彼时，恰逢香山会议五周年纪念。在五周年庆祝会上，会议主持人张焘邀请了18人作报告，前17人是政要和院士，第18个是当时名不见经传的郭光灿。

报告效果非常好――与会的大家从没有听过量子信息，听完他的报告，大家很吃惊：还有这么个领域？

燃星星之火，成燎原之势

自1998年，郭光灿开始申请“973”项目。他认为，“973”瞄准的是“国家重大需求的基础研究”，而将来量子信息、量子密码都是国家需要的，应该得到资助。

然而第一年、第二年把材料送到科学院，杳无音讯。当时专家组的部分专家认为，经典信息尚未研究清楚，还搞什么量子信息？

直到2001年，当时国际上量子信息已经比较火了，国内也逐渐意识到其重要地位。郭光灿在第四次申请之后终于拿到了中国量子信息领域的第一个“973”项目。

“其实一个国家在这个领域整体水平提高了，个人才能更高，没有这个背景，孤军奋战不会有大发展，这是相辅相成的。”郭光灿说，“我就是要把整个领域带起来。”

他把国内“想要做的、有可能做的”主要队伍都拢了起来。1个“973”项目，8个课题，十几个单位，50多位研究人员。