光學信息處理通常是利用薄透鏡的二維傅裏葉變換能力，在光學信息處理系統中用相幹光(激光)或部分相幹光(白光)對膠片圖像進行光學傅裏葉變換，然後將空間域的圖像變換為頻域的信息，再通過“修改”光譜濾波來增強圖像。因此，光學信息處理的本質是基於傅裏葉光學理論的光學變換處理。其原理如圖4-6所示。
圖4-5光比圖像的光學原理示意圖
圖4-6光學轉換技術示意圖
圖中P1為原圖，P2為單色光源S照射後產生的傅立葉光譜，P3為P2的逆變換。如果不修改P2的光譜，P3只是P1的倒像；當具有不同透射特性的透鏡設置在P2時，使得部分光譜通過，而其他光譜不通過，在P3產生的圖像是過濾圖像。根據濾光鏡片的性質(圖4-7)及其增強效果，它可以分為:
圖4-7空間過濾器
1.低通濾波器是壹個圓孔(圖4-7a)，可以阻擋遠離光軸的高頻成分，讓光軸附近的低頻成分通過。它可以穩定原始圖像中的精細結構並增強主要結構。
2.高通濾鏡濾鏡(圖4-7b)只適當衰減零頻率，以弱化背景，突出光密度突變的高頻成分，起到增強邊緣和精細結構的作用，也有助於隱藏結構的顯示。
3.帶通濾波很多地物都有特定的空間頻率，所以制作相應的帶通濾波器(圖4-7c)只讓這部分頻率帶通，從而達到增強的目的。
4.選擇扇形濾光片(圖4-7d1)或狹縫濾光片(圖4-7d2)進行方向濾波，只允許垂直扇形軸或狹縫方向的光譜通過，以提取該方向的線性信息；通過改變扇形的中心軸或狹縫的方向，可以增強不同方向的線性圖像。因此它可以用作線性結構增強。
上述四種光學信息都是通過改變光譜平面上的振幅分布來實現變換的，所以稱之為振幅濾波或簡單的空間濾波。此外，相位濾波器、光柵濾波器、匹配濾波器等。也可以提供。其中，光柵濾波不僅可以增強不同方向的線性結構，還可以實現圖像加減等數學運算，獲得多種增強效果；匹配濾波主要用於圖像識別和檢測特定的目標信息。
另外，用白光(部分相幹光)代替單色光光源，用彩色濾光片(半色調網屏膠片——壹種能將黑白圖像在物面上的圖像密度轉化為空間光譜分布的光柵)代替。經過光學傅裏葉變換後，在圖像平面上獲得根據原始圖像密度等級編碼的彩色圖像。這也叫光學編碼，或光學假色頻編碼，也是目前常用的光學變換處理方法之壹。
光學信息處理具有大容量、二維並行處理和快速圖像變換、卷積和相關等優點，在實際應用中取得了良好的效果，顯示出巨大的潛力。但是它也有自己的局限性，比如它不像數字圖像處理那樣靈活，處理系統本身無法控制、分析和判斷。光機混合處理將光學信息處理的快速和大容量與數字圖像處理的靈活性和高精度相結合，將是未來遙感圖像處理的發展方向。