Moodle FEL ČVUT
Obrazová fotonika
B251 - Zimní 25/26
Toto je tzv. shluknutý kurz. Skládá se z několika samostatných předmětů, které sdílejí výukové materiály, úkoly, testy apod. Níže si můžete zobrazit informace o jednotlivých předmětech tvořících tento shluk.
Obrazová fotonika - B2M37OBFA
Hlavní kurz
| Kredity | 6 |
| Semestry | zimní |
| Zakončení | Zápočet a zkouška |
| Jazyk výuky | čeština |
| Rozsah výuky | 2P+2L |
Anotace
Předmět je věnován pokročilým oblastem obrazové fotoniky se zvláštním důrazem na zobrazovací a snímací systémy. Studující získají znalosti z geometrické a vlnové optiky, 2D Fourierovské optiky a optických procesorů. V rámci předmětu jsou detailně probírána témata jako interferometrie, polarizační optika a prvky obrazové fotoniky. V návaznosti na senzory obrazu – jejich fyzikální principy, modely a metody předzpracování obrazové informace – jsou ve druhé části předmětu probírány pokročilé obrazové systémy, jako jsou obrazové převaděče, zesilovače, teleskopické a hyperspektrální systémy, a jejich speciální aplikace.
Cíle studia
Studenti se seznámí s principy a metodami obrazové fotoniky. Zvláštním zřetel bude kladen na oblast geometrické, vlnové a fourierovské optiky, pokročilé metody snímání obrazu a optické procesory.
Osnovy přednášek
1. Úvod, fyzikální principy obrazové fotoniky
2. Geometrická a vlnová optika
3. Zobrazovací systémy – návrh, maticový popis a nástroje k popisu optického systému, typy, měření
4. Optické aberace, modelování a popis
5. Interferometrie, interferenční filtry, optické tenké vrstvy, aplikace
6. Polarizace světla, dvojlom, polarizační filtry, polarimetrie, aplikace
7. Obrazové senzory – CCD a CMOS obrazové sensory – vlastnosti, speciální sensory
8. Prvky obrazové fotoniky – optické prvky, filtry, spektrální elementy, aktivní prvky
9. Převaděče a zesilovače obrazu – speciální aplikace (noční vidění, rentgenové systémy)
10. Fourierovská optika – typy subsystémů, 2D FT, 2D korelace, filtrace
11. Optické procesory, holografické systémy
12. Teleskopické systémy, adaptivní optika
13. Multispektrální a hyperspektrální zobrazovací systémy
14. Zpracování obrazu pro fotoniku – kompenzace reálných vlastností senzorů
2. Geometrická a vlnová optika
3. Zobrazovací systémy – návrh, maticový popis a nástroje k popisu optického systému, typy, měření
4. Optické aberace, modelování a popis
5. Interferometrie, interferenční filtry, optické tenké vrstvy, aplikace
6. Polarizace světla, dvojlom, polarizační filtry, polarimetrie, aplikace
7. Obrazové senzory – CCD a CMOS obrazové sensory – vlastnosti, speciální sensory
8. Prvky obrazové fotoniky – optické prvky, filtry, spektrální elementy, aktivní prvky
9. Převaděče a zesilovače obrazu – speciální aplikace (noční vidění, rentgenové systémy)
10. Fourierovská optika – typy subsystémů, 2D FT, 2D korelace, filtrace
11. Optické procesory, holografické systémy
12. Teleskopické systémy, adaptivní optika
13. Multispektrální a hyperspektrální zobrazovací systémy
14. Zpracování obrazu pro fotoniku – kompenzace reálných vlastností senzorů
Osnovy cvičení
1. Úvod, seznámení s organizací a náplní cvičení, rozdělení do skupin
2. Výklad úloh - MTF kamery, optická 2D Fourierova transformace, Obrazové sensory
3. MTF kamery - stanovení přenosové funkce optické soustavy, vliv objektivu
4. Optická 2D Fourierova transformace - 2D prostorová analýza a filtrace
5. Obrazové sensory - spektrální a časové charakteristiky, snímací apertura
6. Test
7. Výklad úloh - Obrazové displeje, Elektronová optika, Osvětlování
8. Obrazové displeje - spektrální a časové charakteristiky, barevné podání
9. Elektronová optika - pohyb elektronu v elst a mg poli, zobrazovací soustavy
10. Osvětlování - návrh osvětlovací soustavy, barevná teplota osvětlení
11. Test
12. Simulace na počítači - aperturové zkreslení, prostorová a spektrální reprezentace
13. Teoretický seminář - procvičení příkladů z teoretických partií látky
14. Závěr, hodnocení a zápočet cviceni
2. Výklad úloh - MTF kamery, optická 2D Fourierova transformace, Obrazové sensory
3. MTF kamery - stanovení přenosové funkce optické soustavy, vliv objektivu
4. Optická 2D Fourierova transformace - 2D prostorová analýza a filtrace
5. Obrazové sensory - spektrální a časové charakteristiky, snímací apertura
6. Test
7. Výklad úloh - Obrazové displeje, Elektronová optika, Osvětlování
8. Obrazové displeje - spektrální a časové charakteristiky, barevné podání
9. Elektronová optika - pohyb elektronu v elst a mg poli, zobrazovací soustavy
10. Osvětlování - návrh osvětlovací soustavy, barevná teplota osvětlení
11. Test
12. Simulace na počítači - aperturové zkreslení, prostorová a spektrální reprezentace
13. Teoretický seminář - procvičení příkladů z teoretických partií látky
14. Závěr, hodnocení a zápočet cviceni
Literatura
[1] Saleh, B. E. A., Teich, M. C.: Základy fotoniky. (4 svazky), Matfyzpress, Praha, 1996.
[2] Goodman, J. W.: Introduction to Fourier Optics, Roberts and Company Publishers, 2005.
[3] Gross, H.: Handbook of Optical Systems Vol. 4, Wiley, 2015.
[4] Rolt, S.: Optical engineering science, Wiley, 2020.
[5] Amigo, J. M.: Hyperspectral imaging, Vol. 32., Elsevier, 2019.
[2] Goodman, J. W.: Introduction to Fourier Optics, Roberts and Company Publishers, 2005.
[3] Gross, H.: Handbook of Optical Systems Vol. 4, Wiley, 2015.
[4] Rolt, S.: Optical engineering science, Wiley, 2020.
[5] Amigo, J. M.: Hyperspectral imaging, Vol. 32., Elsevier, 2019.
Požadavky
Předpokládá se znalost fyziky, matematické analýzy a analýzy signálů a soustav.
Obrazová fotonika - B2M37OBF
| Kredity | 5 |
| Semestry | zimní |
| Zakončení | Zápočet a zkouška |
| Jazyk výuky | čeština |
| Rozsah výuky | 2P+2L |
Anotace
Předmět je věnovaný pokročilým partiím obrazové fotoniky se zvláštním důrazem především na zobrazovací a snímací systémy. Studenti získají znalosti z geometrické a vlnové optiky a 2D fourierovské optice a optických procesorů. Sensory obrazu, fyzikální principy, model a metody předzpracování obrazové informace. V druhé části předmětu jsou probírány partie z obrazová fotonika ve speciálních aplikacích zahrnující převaděče a zesilovače obrazu a elektronovou optiku.
Cíle studia
Studenti se seznámí s principy a metodami obrazové fotoniky. Zvláštním zřetel bude kladen na oblast geometrické, vlnové a fourierovské optiky, pokročilé metody snímání obrazu a optické procesory.
Osnovy přednášek
1. Úvod, fyzikální principy obrazové fotoniky
2. Geometrická a vlnová optika
3. Zobrazovací systémy - návrh, konstrukce, typy, aplikace, měření
4. Fotometrie, radiometrie, kolorimetrie - základní vzorce, aplikace, osvětlování
5. Fourierovská optika - typy subsystémů, maticová optika - popis optického systému
6. Obrazové sensory I. - vakuové, komutovaná pole fotoprvků (CMOS apod.), termovize
7. Obrazové sensory II. - CCD obrazové sensory - vlastnosti, speciální sensory
8. Obrazové displeje - obrazovky, pole LED a laserových diod, LCD, plasmové, DMD
9. Převaděče a zesilovače obrazu - speciální aplikace (noční vidění, rentgenové systémy)
10. Fotografie, holografie, polygrafie - fyzikální principy, sensitometrie, densitometrie
11. Optické (fotonické) procesory - 2D FT, 2D korelace, filtrace, algebraické procesory
12. Elektronová optika pro zobrazování - elst a mg čočky, typy elektronových trysek
13. Zpracování obrazu pro fotoniku - kompenzace reálných vlastností sensorů a displejů
14. Závěr, shrnutí látky a přehled vývojových trendů v obrazové fotonice
2. Geometrická a vlnová optika
3. Zobrazovací systémy - návrh, konstrukce, typy, aplikace, měření
4. Fotometrie, radiometrie, kolorimetrie - základní vzorce, aplikace, osvětlování
5. Fourierovská optika - typy subsystémů, maticová optika - popis optického systému
6. Obrazové sensory I. - vakuové, komutovaná pole fotoprvků (CMOS apod.), termovize
7. Obrazové sensory II. - CCD obrazové sensory - vlastnosti, speciální sensory
8. Obrazové displeje - obrazovky, pole LED a laserových diod, LCD, plasmové, DMD
9. Převaděče a zesilovače obrazu - speciální aplikace (noční vidění, rentgenové systémy)
10. Fotografie, holografie, polygrafie - fyzikální principy, sensitometrie, densitometrie
11. Optické (fotonické) procesory - 2D FT, 2D korelace, filtrace, algebraické procesory
12. Elektronová optika pro zobrazování - elst a mg čočky, typy elektronových trysek
13. Zpracování obrazu pro fotoniku - kompenzace reálných vlastností sensorů a displejů
14. Závěr, shrnutí látky a přehled vývojových trendů v obrazové fotonice
Osnovy cvičení
1. Úvod, seznámení s organizací a náplní cvičení, rozdělení do skupin
2. Výklad úloh - MTF kamery, optická 2D Fourierova transformace, Obrazové sensory
3. MTF kamery - stanovení přenosové funkce optické soustavy, vliv objektivu
4. Optická 2D Fourierova transformace - 2D prostorová analýza a filtrace
5. Obrazové sensory - spektrální a časové charakteristiky, snímací apertura
6. Test
7. Výklad úloh - Obrazové displeje, Elektronová optika, Osvětlování
8. Obrazové displeje - spektrální a časové charakteristiky, barevné podání
9. Elektronová optika - pohyb elektronu v elst a mg poli, zobrazovací soustavy
10. Osvětlování - návrh osvětlovací soustavy, barevná teplota osvětlení
11. Test
12. Simulace na počítači - aperturové zkreslení, prostorová a spektrální reprezentace
13. Teoretický seminář - procvičení příkladů z teoretických partií látky
14. Závěr, hodnocení a zápočet cviceni
2. Výklad úloh - MTF kamery, optická 2D Fourierova transformace, Obrazové sensory
3. MTF kamery - stanovení přenosové funkce optické soustavy, vliv objektivu
4. Optická 2D Fourierova transformace - 2D prostorová analýza a filtrace
5. Obrazové sensory - spektrální a časové charakteristiky, snímací apertura
6. Test
7. Výklad úloh - Obrazové displeje, Elektronová optika, Osvětlování
8. Obrazové displeje - spektrální a časové charakteristiky, barevné podání
9. Elektronová optika - pohyb elektronu v elst a mg poli, zobrazovací soustavy
10. Osvětlování - návrh osvětlovací soustavy, barevná teplota osvětlení
11. Test
12. Simulace na počítači - aperturové zkreslení, prostorová a spektrální reprezentace
13. Teoretický seminář - procvičení příkladů z teoretických partií látky
14. Závěr, hodnocení a zápočet cviceni
Literatura
[1] Saleh, B.E.A., Teich, M.C.: Základy fotoniky. (4 svazky), Matfyzpress, Praha 1994-1996
[2] B. Jahne, Image Processing for Scientific Applications, CRC, New York, 1997.
[3] J. W. Goodman, Introduction to Fourier Optics, 3rd edition, Roberts&Company Pub., 2005
[2] B. Jahne, Image Processing for Scientific Applications, CRC, New York, 1997.
[3] J. W. Goodman, Introduction to Fourier Optics, 3rd edition, Roberts&Company Pub., 2005
Požadavky
Předpokládá se znalost fyziky, matematické analýzy a analýzy signálů a soustav.