信息光學理論及其應用現狀

【摘 要】信息光學是光學中最先被開拓使用的領域之一。隨著相關理論的不斷發展，該項技術已經得到不斷地應用。本文中，將對其重要理論，同時，針對其關鍵技術進行表述，旨在不斷提高該項技術的應用水平。

【關鍵詞】信息光學；理論；應用現狀

0.引言

信息就是消息，就是事物的存在和變化的情況。從信息論的觀點看來，無論是電學、光學及聲學系統，都是用來傳遞信息的。電學系統傳遞的是隨時間變化的電訊號，但是光學系統傳遞的是隨著空間變化的圖像。通常把有關圖像的傳遞理論與應用技術稱為信息光學[1]。

1.信息光學理論發展

信息光學是光學最先開拓的領域之一，對于該項技術的發展，可以追溯到原始光學初期。但是，其快速發展還是在最近三十多年時間內。在50年代中期，無線電通訊理論和技術被引進到光學中，這無疑推動了信息光學的發展。此后不久，光信息理論和技術被成功地應用于微波合成孔徑成象雷達上來，這為信息光學樹立了第一塊豐碑。在60 年代后期，隨著激光技術和全息照相技術的相繼出現，同時，伴隨著電子計算機的普遍應用，特別是遙感技術的需要，更加促進了信息光學的發展。

和其他任何一門學科一樣，信息光學可以分為理論與技術兩個方面。目前，信息光學理論主要包括傅里葉光學和統計光學兩部分。從數學的形式上來看，兩種信息光學理論只不過是對于光學理論的傅里葉變換表示和概率統計表示。信息光學討論的還是有關光的傳播特性方面的問題，其中涉及到光的干涉、衍射、偏振等物理現象。

目前為止，傅里葉變化方法和統計概率方法的引入，才能是人們更深刻的揭示出光學現象中的內在規律，同時，這也會使光學理論的體系更為完善。

2.信息光學技術的應用現狀

隨著相關理論的不斷豐富和完善，目前，信息光學技術包括光全息術、信息存儲和圖像處理方面的相關技術，并得到了廣泛的應用。具體的應用技術包括了全息術技術、信息存儲技術和圖像處理技術。其中全息術技術被應用到全息顯示、全息干涉計量、全息光學元件制作和全息顯微技術中；圖像處理技術被應用到濾波、圖像增強、圖像相減、圖像的假色彩化、圖像識別和圖像復原中。相信隨著信息光學理論的深化和技術的提高，新的技術應用將會被發現，下面就上述的一些關鍵技術應用進行分析和表述。

2.1全息顯示

全息顯示是利用全息術能再現三維物體的真實三維圖像的特點，是最基本的也是最有希望的應用之一。到目前為止，適合于顯示用的全息術有透射和反射菲涅耳型全息、像全息和像面全息、彩虹全、合成全息、全息體視照片對、全息電視和全息電影等[2]。

全息顯示的應用涉及到許多領域。在軍事上，可以模擬真實目標；在醫學上，可以制作全息體視照片；在藝術上，可以復制歷史文物；在教學上，可以制作立體模型。當然，全息顯示技術還被用到了其他的領域，在此，不再贅述。

2.2全息光學元件制作

全息光學元件具有普通光學元件的成像、分光和偏轉等功能，制作方法可以采用照相全息或計算全息，或者兩種方法相結合。

目前，國內生產出來并廣泛應用的全息光學元件主要包括了全息光柵、全息透鏡。我國也有幾個單位在從事全息掃描器和激光全息條形碼閱讀器的研究。相信，隨著相關理論的進一步深化，更新更好的光學器件將會被發明和實現。

2.3信息存儲

隨著信息技術的不斷發展，信息存儲成為信息發展的一個重要環節。信息存儲是將信息記錄下來以便保存。印刷和照相是早已普遍采用的信息存儲方式，隨著現代科學技術的突飛猛進，各種出版物的急劇增加，高密度的信息存儲越來越受到世界各國的重視。目前縮微倍率比較高的有磁盤、光盤和全息超縮微存儲等。

光盤存儲在國內外已經流行。同時，國內關于全息超縮微存儲已達到一個全息圖能存儲兩版報紙，適合于全息存儲的超微粒銀鹽干板已小批量生產。在讀取方面，研制出全息圖的復制系統、全息閱讀自動復印機等成套設備。

2.4空間頻率濾波

空間頻率濾波作為一種關鍵的技術，被廣泛的應用到圖像處理當中。最簡單的濾波器就是二元振幅濾波器，分低通、高通、帶通和方向等多種。低通濾波器可用來去掉圖像的高頻成分，高通濾波可以突出圖像的邊緣部分。帶通濾波可以使所需要的那一部分頻譜成分通過，在遙感圖像的處理中，為了提取某種信息常常遇到。方向濾波器可以突出圖像的某種特征。目前空間濾波技術在理論及實踐上都已較為成熟，已廣泛用于科學技術的各個領域。

2.5圖像增強

在目前的情況下，人們對圖像質量的要求越來越高。所謂的圖像增強技術就是對于低襯度的圖像，使各部分的邊緣較中間為亮，從而使圖像被分辨清楚的技術。目前，已有的方法包括高通濾波和微分濾波，簡單的微分濾波器是兩個周期相差很小的復合光柵，可以用照相全息或計算全息的方法制作。用計算全息還可以做出更復雜微分濾波器。

2.6圖像識別

所謂圖像識別就是從給定的圖像中抽取所需要的信息，或檢測某一特定的信息是否存在的技術。例如從許多人的指紋中，檢查是否有某人的指紋，從偵察所得的照片中檢查有無特定的目標，或者從大量的文件中檢查出所需要的某一文件等。

由于圖像的識別是和光線緊密連接的，因此，信息光學技術的發展，無疑帶動并促進了圖像識別的發展，相信，隨著信息光學理論的不斷完善，必然會帶動圖像識別和其他相關產業的發展。

3.總結

信息光學技術是光學技術的一個重要組成部分。同時，光學技術并將是新技術革命的主流。相信，光學工業將會成為繼電子工業之后的另一門重要科學工程。更相信，不斷發展的信息光學技術必定會推進相關產業的新的解決方案的提出，促進相關產業的發展，進而不斷提高人們的生活水平。

【參考文獻】

［１］蘇顯渝.信息光學[M].北京：科學出版社.1999.

［２］張鵬.基于菲涅耳數字全息的水印技術[J].系統仿真學報.2007(12).