Optické zpracování signálů

Garant předmětu:

Ivan Richter

Přednášející:

Pavel Kwiecien, Ivan Richter

Cvičící:

Pavel Kwiecien, Ivan Richter

Předmět zajišťuje:

katedra laserové fyziky a fotoniky

Anotace:

Prednáška pojednává o základech fourierovské optiky a optického zpracování informace. Systematicky se zabývá použitím fourierovského formalizmu v optice, zmiňuje i další optické transformace. Šíření a difrakci svetla popisuje v pojetí fourierovské optiky, s využitím tenkého transparentu a fázového korektoru. V rámci záznamu a modulace optické informace je zvláštní pozornost věnována, kromě tradičních fotografických filmů, zejména holografii, prostorovým modulátorům a difraktivním strukturám. Podrobně se dále zabývá jak analogovým, tak diskrétním a logickým zpracováním optické informace.

Požadavky:

Předpokladem pro studium předmětu je absolvování předmětu Fyzikální optika (12FOPT), resp. obdobného kurzu optiky.

Dva zápočtové testy v průběhu semestru. První test proběhne přibližně v polovině semestru, druhý na jeho konci.

Osnova přednášek:

1. Fourierova transformace a jeji vlastnosti, diskrétní signály a transformace.

2. Další vybrané nefourierovské transformace v optice (kosinová, sinová, Fresnelova, Hilbertova, Radonova, Mellinova, waveletové transformace).

3. Lineární přenosové systémy.

4. Šíření a difrakce světla v pojetí fourierovské optiky, skalární signál, tenký transparent, volný prostor, kvadratický fázový korektor, optická realizace Fourierovy transformace, impulzní odezva a přenosová funkce.

5. Koherentně a nekoherentně zobrazující difrakčně limitované systémy.

6. Aberačně limitované systémy, rozlišovací limity.

7. Difraktivní struktury ve fourierovské optice, tenká a objemová difrakční mřížka, obecné difraktivní struktury.

8. Záznam a modulace optické informace, záznam intenzity, záznam amplitudy a fáze.

9. Optické paměti, holografické paměti.

10.Zpracování analogové optické informace, optická realizace různých matematickych operací.

11.Koherentní a nekoherentní fourierovské procesory, korelační a konvoluční procesory.

12.Aplikace optických procesorů - optické rozpoznávání obrazu.

13.Zpracování diskrétní optické informace, vektorové a maticové násobiče, optické propojování a přepínání.

14.Zpracování logické optické informace, digitální logické optické procesory, optické neuronové sítě.

Osnova cvičení:

Cíle studia:

Znalosti:

Cílem studia je seznámit studenty s vlnovým pohledem na šíření optického signálu, fourierovským přístupem, optickou realizací různých matematických transformací a jejich aplikacemi v analogovém, digitálním a logickém zpracování optické informace.

Schopnosti:

Vlnová analýza optických přenosových a zobrazovacích systémů, optická realizace matematických transformací, optické rozpoznávání obrazu.

Studijní materiály:

Povinná literatura:

[1] Fiala P., Richter I.: Fourierovská optika a optické zpracování signálů, skriptum FJFI ČVUT, Praha, 2004.

[2] Elektronické texty v Microsoft Teams

Volitelná literatura:

[3] Goodman J. W.: Introduction to Fourier Optics, 4st edition, W. H. Freeman, 2017.

[4] C. S. Adams, I. G. Hughes, Optics f2f: From Fourier to Fresnel, Oxford University Press, 2019.

[5] K. Khare, M. Butola, S. Rajora, Fourier Optics and Computational Imaging, Springer, 2023.

[6] T. Yatagai, Fourier Theory in Optics and Optical Information Processing, CRC Press, 2022.

[7] R. K. Tyson, Principles and Applications of Fourier Optics, IOP Publishing, 2014.

[8] Saleh B.E.A., Teich M.C.: Fundamentals of Photonics, 3rd edition, John Wiley & Sons, New York, 2019.

[9] D. Voelz, Computational Fourier Optics - a Matlab tutorial, SPIE Press, 2011.

[10] Yu F. T. S., Jutamulia S.: Optical Signal Processing, Computing, and Neural Networks, John Wiley & Sons, New York, 1992.

[11] Papoulis A.: Systems and Transforms with Applications in Optics, McGraw Hill, New York, 1968.

Poznámka:

Rozvrh na zimní semestr 2025/2026:

Rozvrh není připraven

Rozvrh na letní semestr 2025/2026:

Rozvrh není připraven

Předmět je součástí následujících studijních plánů:

• Fyzikální elektronika - Fotonika (PS)
• Fyzikální elektronika - Laserová fyzika a technika (volitelný předmět)