專利名稱：顏色可調(diào)圖象假彩色化的光學(xué)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于現(xiàn)代光學(xué)信息處理的白光圖象處理假彩色化方法。
由于航天、航空所獲得之遙感圖象劇增，生物醫(yī)學(xué)圖象更加廣泛應(yīng)用，以及其它各行各業(yè)為了抽取與利用信息的需要，把黑白圖象處理成假彩色圖象，即圖象假彩色化十分必要，因?yàn)槿搜蹖︻伾珗D象的分辨識別能力較對黑白圖象的分辨識別能力要高得多。圖象假彩色化的方法主要有兩類。一類是計(jì)算機(jī)圖象處理假彩色化，即將一張黑白圖片經(jīng)圖象輸入設(shè)備轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖象，再進(jìn)行計(jì)算機(jī)著色處理，實(shí)現(xiàn)圖象的假彩色化輸出。這類方法能根據(jù)使用要求來改變輸出圖象顏色，靈活性好且精度高，但處理分辨率高的圖象，要求有昂貴的圖象輸入設(shè)備，計(jì)算機(jī)容量要大，成本費(fèi)用高，因此，使之在實(shí)際應(yīng)用中較難推廣。另一類是用光學(xué)方法實(shí)現(xiàn)圖象假彩色化。光學(xué)方法處理圖象能二維并行，大容量快速處理，且設(shè)備費(fèi)用低，但其處理圖象時(shí)要改變輸出圖象的顏色較難，即顏色的可調(diào)性較差，如圖象假彩色化的光學(xué)方法中的位相調(diào)制密度假彩色編碼方法〔《光學(xué)學(xué)報(bào)》1984年第二期145頁〕。該方法首先將黑白圖片制作成光柵調(diào)制位相片(以下簡稱位相片)，此位相片中的光柵單元的位相變化與黑白圖片中的密度變化有對應(yīng)關(guān)系，把位相片放到白光信息處理光學(xué)系統(tǒng)中的輸入平面上，經(jīng)白光束均勻照明后，由透鏡進(jìn)行富里葉變換，在富里葉頻譜平面上用一光欄對一定衍射級次進(jìn)行空間濾波，濾波出的信息再由另一透鏡進(jìn)行逆富里葉變換，在光學(xué)系統(tǒng)的輸出平面處便輸出黑白圖片的假彩色圖象。這時(shí)假彩色圖象的顏色調(diào)與原黑白圖片中的光密度調(diào)相對應(yīng)。但對一張制作好的光柵調(diào)制位相片，它的每一衍射級次輸出圖象的顏色是固定的，不能根據(jù)需要實(shí)時(shí)地調(diào)色，缺乏靈活性。若要改變輸出圖象的顏色分布，必須改變制作條件，重新制作位相片，這樣很不方便。所以這種方法在實(shí)際應(yīng)用中受到了一定的限制。
本發(fā)明的目的在于提供一種能對上述位相調(diào)制密度假彩色編碼方法輸出的假彩色圖象實(shí)時(shí)地調(diào)色的方法，以使一張位相片能輸出多幅不同顏色分布的假彩色圖象，增強(qiáng)原方法處理圖象的靈活性，給使用帶來方便。
本發(fā)明的要點(diǎn)是將黑白圖片制作成光柵調(diào)制位相片，讓它與一周期相同且維數(shù)相同的光柵重疊或間距小于1毫米，光柵的線紋方向與位相片的光柵線紋方向平行。把它們一起放置在白光信息處理光學(xué)系統(tǒng)中的輸入平面上，經(jīng)白光束均勻照明后，由透鏡進(jìn)行富里葉變換，在富里葉頻譜平面上就得到其衍射圖樣，在該平面用一光欄進(jìn)行空間濾波，讓某一級衍射光通過，再由另一透鏡進(jìn)行逆富里葉變換，便在光學(xué)系統(tǒng)的輸出平面處輸出黑白圖片的假彩色圖象。根據(jù)富里葉光學(xué)中的衍射原理與空間濾波選擇，如采用光柵為一維羅奇光柵，可得出O級衍射光在輸出平面上的輸出光強(qiáng)I°為
式中Δφ為位相片中光柵單元的位相差，它與黑白圖片中的光密度變化有對應(yīng)的關(guān)系，λ為照明光波長，z為位相片與光柵的間距，a′為光柵的光柵線條寬度，a為位相片的光柵線條寬度，d為光柵與位相片的光柵周期，Δx為光柵與位相片在垂直光柵線紋方向的相對位移。對制作好的位相片，Δφ有確定的值，位相片與光柵的間隔確定后，z是定值，這時(shí)對于白光光源中某一光波長，輸出光強(qiáng)I°只隨Δx改變。對不同的光波長，輸出光強(qiáng)I°隨Δx改變有不同的分布曲線。從而當(dāng)Δx取不同值時(shí)，各種光波長的輸出光強(qiáng)的比例發(fā)生變化，使得輸出圖象顏色也立即隨之改變，于是實(shí)現(xiàn)了對輸出的假彩色圖象顏色實(shí)時(shí)地調(diào)色。這樣，僅用一張位相片，只需要改變光柵與位相片在垂直光柵線紋方向的相對位移，就能輸出不同顏色分布的假彩色圖象，增強(qiáng)了原方法的靈活性。
對于其它衍射級次或當(dāng)采用其它型式的光柵時(shí)，各衍射級次的輸出光強(qiáng)I與Δx有類似的函數(shù)關(guān)系，所以也能通過改變?chǔ)值，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)地調(diào)色。
附

圖1是制作黑白圖片的光柵調(diào)制位相片的光學(xué)系統(tǒng)示意圖。
附圖2是輸出圖象顏色可調(diào)的白光信息處理光學(xué)系統(tǒng)示意圖。
附圖3是由1級衍射輸出的黑白密度階梯片的假彩色照片。
附圖4是由O級衍射輸出的MSS-5波段陸地衛(wèi)星黑白圖片的假彩色照片。
附圖5是由1級衍射輸出的MSS-5波段陸地衛(wèi)星黑白圖片的假彩色照片。
下面結(jié)合附圖來詳細(xì)描述本發(fā)明的具體作法。
制作黑白圖片的光柵調(diào)制位相片的步驟是，將黑白圖片的透明圖片放在附圖1中的輸入平面P1處，白熾燈光源S發(fā)射出的光束被聚光透鏡L1會(huì)聚后均勻照明在透明圖片上，經(jīng)成象透鏡L2將其成象在蓋有光柵G的感光干板P2上，感光干板P2上就記錄下圖象信息與光柵信息。通過D-19顯影液顯影，F(xiàn)-5定影液定影后，進(jìn)行水洗，用稀釋的R-10漂白液作漂白處理，再經(jīng)水洗，風(fēng)干后便得到黑白圖片的光柵調(diào)制位相片。光柵G可以是一維的，也可以是二維的，這時(shí)得到的位相片也相應(yīng)的是一維的或二維的位相片。
如附圖2所示，將光柵調(diào)制位相片G2與一周期相同且維數(shù)相同的光柵G1重疊或間距z小于1毫米，光柵G1的線紋方向與位相片G2的光柵線紋方向平行，把它們一起放置在輸入平面P1處。光柵G1可以在位相片G2之前，也可以在位相片G2之后。光柵G1可以是羅奇光柵或矩形位相光柵，也可以是正弦型密度光柵或正弦型位相光柵。它們通過白光束均勻照明后，由透鏡L1作富里葉變換，在富里葉頻譜平面P2上用光欄濾波，濾出所需的衍射級次，再經(jīng)透鏡L2作逆富里葉變換，在輸出平面P3處輸出假彩色圖象。讓位相片G2或光柵G1二者之一固定不動(dòng)，使另一個(gè)沿垂直于光柵線紋方向作相對微小移動(dòng)，輸出圖象的顏色就隨之而改變。當(dāng)在O至光柵周期d之間不斷改變相對位移Δx時(shí)，就實(shí)時(shí)地輸出多幅不同顏色分布的假彩色圖象。
本發(fā)明的實(shí)施例是對有10個(gè)等級的黑白密度階梯圖片與上海幅MSS-5波段陸地衛(wèi)星黑白圖片進(jìn)行了假彩色化，其效果是良好的。光柵G1采用一維羅奇光柵，頻率為20線對/毫米，面積為55×55mm2，輸出的假彩色圖象用彩色相紙記錄。按原方法(即不調(diào)色)，在附圖2中的輸入平面P1處只放置黑白密度階梯圖片的光柵調(diào)制位相片G2，而未放置光柵G1時(shí)，其1級衍射只能輸出一幅假彩色圖象為附圖3中的(f)照片。而按本發(fā)明(即顏色可調(diào))，在輸入平面P1處加入光柵G1，且相對于位相片G2移動(dòng)五個(gè)不同位置時(shí)，由同一級衍射，依次輸出五幅不同假彩色圖象，即附圖3中的(a)、(b)、(c)、(d)、(e)照片。由這些照片可以看出，本發(fā)明通過相對位移Δx的改變，實(shí)時(shí)地改變了輸出圖象的顏色分布。使用者可以從中選出有利于判譯的所需圖象。例如，在附圖3(f)照片中第3、4兩個(gè)階梯顏色較接近，而由本發(fā)明得到的照片(a)、(b)、(e)中這兩個(gè)階梯顏色已有較大差異，易于辨認(rèn)。
對于上海幅MSS-5波段陸地衛(wèi)星黑白圖片，同樣按上述過程處理。其O級衍射輸出的圖象為附圖4的照片，其中照片(c)是按原方法得到的，而照片(a)、(b)是按本發(fā)明取兩個(gè)不同的Δx值得到的。從照片(a)中看出，由箭頭所示的長江入?？诔缑鲘u地貌信息比照片(c)示出的該地區(qū)信息豐富，色調(diào)類型較多，且影象輪廓更為清晰。其1級衍射輸出的圖象為附圖5的照片，其中照片(e)是按原方法得到的，而照片(a)、(b)、(c)、(d)是按本發(fā)明取四個(gè)不同的Δx值得到的。從本發(fā)明得到的照片中看出，長江入?？谒蛑心嗌傲鞣植寂c溫度場分布的有關(guān)信息，由其影象的豐富色調(diào)反映出來，為專業(yè)工作者提供了解釋與判讀的方便。
本發(fā)明所提供的假彩色圖象調(diào)色方法，簡單易行。若以同等較高分辨率要求來處理圖象，本發(fā)明所需費(fèi)用大大低于計(jì)算機(jī)處理圖象的費(fèi)用。該方法在遙感、生物醫(yī)學(xué)、公安刑偵等有關(guān)需要進(jìn)行圖象處理的部門能廣泛地得到采用。
權(quán)利要求
1.圖象假彩色化的光學(xué)方法，將黑白圖片制作成光柵調(diào)制位相片，把它放置在白光信息處理光學(xué)系統(tǒng)中的輸入平面上，經(jīng)白光束均勻照明后，由透鏡進(jìn)行富里葉變換，在富里葉頻譜平面上用一光欄進(jìn)行空間濾波，讓某一級衍射光通過，再由另一透鏡進(jìn)行逆富里葉變換，在輸出平面輸出黑白圖片的假彩色圖象，其特征在于光柵調(diào)制位相片與一周期相同且維數(shù)相同的光柵重疊或間距小于1毫米，光柵的線紋方向與位相片的光柵線紋方向平行，改變光柵與位相片在垂直光柵線紋方向的相對位移，變化范圍在0至光柵周期d之間，在輸出平面實(shí)時(shí)地輸出多幅不同顏色分布的假彩色圖象。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于光柵調(diào)制位相片是一維的或二維的光柵調(diào)制位相片。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于所說的光柵可以是羅奇光柵或矩形位相光柵，也可以是正弦型密度光柵或正弦型位相光柵。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于所說的光柵可以放在光柵調(diào)制位相片之前，也可以放在其后。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于所說的光柵可以放在光柵調(diào)制位相片之前，也可以放在其后。
全文摘要
顏色可調(diào)圖象假彩色化的光學(xué)方法是在光學(xué)位相調(diào)制密度假彩色編碼方法的基礎(chǔ)上，將光柵調(diào)制位相片與一周期相同的光柵相重疊，利用它們在白光系統(tǒng)中的衍射效應(yīng)與空間濾波技術(shù)，對某一衍射級次輸出的假彩色圖像，當(dāng)光柵與光柵調(diào)制位相片在垂直光柵線紋方向進(jìn)行相對移動(dòng)時(shí)，能實(shí)時(shí)改變假彩色圖象的顏色分布，得到多幅假彩色圖象，增強(qiáng)了已有光學(xué)圖象假彩色化方法的靈活性。實(shí)現(xiàn)本方法的設(shè)備簡單，操作方便。本發(fā)明可廣泛地應(yīng)用于遙感、生物醫(yī)學(xué)等方面的圖象處理工作。
文檔編號G02B27/46GK1032707SQ8710304
公開日1989年5月3日 申請日期1987年10月20日 優(yōu)先權(quán)日1987年10月20日
發(fā)明者陳禎培, 周英, 李繼陶, 鐘永碧, 周焜, 何戰(zhàn) 申請人:四川大學(xué)