专利名称：颜色可调图象假彩色化的光学方法
技术领域：
本发明属于现代光学信息处理的白光图象处理假彩色化方法。
由于航天、航空所获得之遥感图象剧增，生物医学图象更加广泛应用，以及其它各行各业为了抽取与利用信息的需要，把黑白图象处理成假彩色图象，即图象假彩色化十分必要，因为人眼对颜色图象的分辨识别能力较对黑白图象的分辨识别能力要高得多。图象假彩色化的方法主要有两类。一类是计算机图象处理假彩色化，即将一张黑白图片经图象输入设备转换为数字图象，再进行计算机着色处理，实现图象的假彩色化输出。这类方法能根据使用要求来改变输出图象颜色，灵活性好且精度高，但处理分辨率高的图象，要求有昂贵的图象输入设备，计算机容量要大，成本费用高，因此，使之在实际应用中较难推广。另一类是用光学方法实现图象假彩色化。光学方法处理图象能二维并行，大容量快速处理，且设备费用低，但其处理图象时要改变输出图象的颜色较难，即颜色的可调性较差，如图象假彩色化的光学方法中的位相调制密度假彩色编码方法〔《光学学报》1984年第二期145页〕。该方法首先将黑白图片制作成光栅调制位相片(以下简称位相片)，此位相片中的光栅单元的位相变化与黑白图片中的密度变化有对应关系，把位相片放到白光信息处理光学系统中的输入平面上，经白光束均匀照明后，由透镜进行富里叶变换，在富里叶频谱平面上用一光栏对一定衍射级次进行空间滤波，滤波出的信息再由另一透镜进行逆富里叶变换，在光学系统的输出平面处便输出黑白图片的假彩色图象。这时假彩色图象的颜色调与原黑白图片中的光密度调相对应。但对一张制作好的光栅调制位相片，它的每一衍射级次输出图象的颜色是固定的，不能根据需要实时地调色，缺乏灵活性。若要改变输出图象的颜色分布，必须改变制作条件，重新制作位相片，这样很不方便。所以这种方法在实际应用中受到了一定的限制。
本发明的目的在于提供一种能对上述位相调制密度假彩色编码方法输出的假彩色图象实时地调色的方法，以使一张位相片能输出多幅不同颜色分布的假彩色图象，增强原方法处理图象的灵活性，给使用带来方便。
本发明的要点是将黑白图片制作成光栅调制位相片，让它与一周期相同且维数相同的光栅重叠或间距小于1毫米，光栅的线纹方向与位相片的光栅线纹方向平行。把它们一起放置在白光信息处理光学系统中的输入平面上，经白光束均匀照明后，由透镜进行富里叶变换，在富里叶频谱平面上就得到其衍射图样，在该平面用一光栏进行空间滤波，让某一级衍射光通过，再由另一透镜进行逆富里叶变换，便在光学系统的输出平面处输出黑白图片的假彩色图象。根据富里叶光学中的衍射原理与空间滤波选择，如采用光栅为一维罗奇光栅，可得出O级衍射光在输出平面上的输出光强I°为
式中Δφ为位相片中光栅单元的位相差，它与黑白图片中的光密度变化有对应的关系，λ为照明光波长，z为位相片与光栅的间距，a′为光栅的光栅线条宽度，a为位相片的光栅线条宽度，d为光栅与位相片的光栅周期，Δx为光栅与位相片在垂直光栅线纹方向的相对位移。对制作好的位相片，Δφ有确定的值，位相片与光栅的间隔确定后，z是定值，这时对于白光光源中某一光波长，输出光强I°只随Δx改变。对不同的光波长，输出光强I°随Δx改变有不同的分布曲线。从而当Δx取不同值时，各种光波长的输出光强的比例发生变化，使得输出图象颜色也立即随之改变，于是实现了对输出的假彩色图象颜色实时地调色。这样，仅用一张位相片，只需要改变光栅与位相片在垂直光栅线纹方向的相对位移，就能输出不同颜色分布的假彩色图象，增强了原方法的灵活性。
对于其它衍射级次或当采用其它型式的光栅时，各衍射级次的输出光强I与Δx有类似的函数关系，所以也能通过改变Δx值，实现实时地调色。
附
图1是制作黑白图片的光栅调制位相片的光学系统示意图。
附图2是输出图象颜色可调的白光信息处理光学系统示意图。
附图3是由1级衍射输出的黑白密度阶梯片的假彩色照片。
附图4是由O级衍射输出的MSS-5波段陆地卫星黑白图片的假彩色照片。
附图5是由1级衍射输出的MSS-5波段陆地卫星黑白图片的假彩色照片。
下面结合附图来详细描述本发明的具体作法。
制作黑白图片的光栅调制位相片的步骤是，将黑白图片的透明图片放在附图1中的输入平面P1处，白炽灯光源S发射出的光束被聚光透镜L1会聚后均匀照明在透明图片上，经成象透镜L2将其成象在盖有光栅G的感光干板P2上，感光干板P2上就记录下图象信息与光栅信息。通过D-19显影液显影，F-5定影液定影后，进行水洗，用稀释的R-10漂白液作漂白处理，再经水洗，风干后便得到黑白图片的光栅调制位相片。光栅G可以是一维的，也可以是二维的，这时得到的位相片也相应的是一维的或二维的位相片。
如附图2所示，将光栅调制位相片G2与一周期相同且维数相同的光栅G1重叠或间距z小于1毫米，光栅G1的线纹方向与位相片G2的光栅线纹方向平行，把它们一起放置在输入平面P1处。光栅G1可以在位相片G2之前，也可以在位相片G2之后。光栅G1可以是罗奇光栅或矩形位相光栅，也可以是正弦型密度光栅或正弦型位相光栅。它们通过白光束均匀照明后，由透镜L1作富里叶变换，在富里叶频谱平面P2上用光栏滤波，滤出所需的衍射级次，再经透镜L2作逆富里叶变换，在输出平面P3处输出假彩色图象。让位相片G2或光栅G1二者之一固定不动，使另一个沿垂直于光栅线纹方向作相对微小移动，输出图象的颜色就随之而改变。当在O至光栅周期d之间不断改变相对位移Δx时，就实时地输出多幅不同颜色分布的假彩色图象。
本发明的实施例是对有10个等级的黑白密度阶梯图片与上海幅MSS-5波段陆地卫星黑白图片进行了假彩色化，其效果是良好的。光栅G1采用一维罗奇光栅，频率为20线对/毫米，面积为55×55mm2，输出的假彩色图象用彩色相纸记录。按原方法(即不调色)，在附图2中的输入平面P1处只放置黑白密度阶梯图片的光栅调制位相片G2，而未放置光栅G1时，其1级衍射只能输出一幅假彩色图象为附图3中的(f)照片。而按本发明(即颜色可调)，在输入平面P1处加入光栅G1，且相对于位相片G2移动五个不同位置时，由同一级衍射，依次输出五幅不同假彩色图象，即附图3中的(a)、(b)、(c)、(d)、(e)照片。由这些照片可以看出，本发明通过相对位移Δx的改变，实时地改变了输出图象的颜色分布。使用者可以从中选出有利于判译的所需图象。例如，在附图3(f)照片中第3、4两个阶梯颜色较接近，而由本发明得到的照片(a)、(b)、(e)中这两个阶梯颜色已有较大差异，易于辨认。
对于上海幅MSS-5波段陆地卫星黑白图片，同样按上述过程处理。其O级衍射输出的图象为附图4的照片，其中照片(c)是按原方法得到的，而照片(a)、(b)是按本发明取两个不同的Δx值得到的。从照片(a)中看出，由箭头所示的长江入海口崇明岛地貌信息比照片(c)示出的该地区信息丰富，色调类型较多，且影象轮廓更为清晰。其1级衍射输出的图象为附图5的照片，其中照片(e)是按原方法得到的，而照片(a)、(b)、(c)、(d)是按本发明取四个不同的Δx值得到的。从本发明得到的照片中看出，长江入海口水域中泥砂流分布与温度场分布的有关信息，由其影象的丰富色调反映出来，为专业工作者提供了解释与判读的方便。
本发明所提供的假彩色图象调色方法，简单易行。若以同等较高分辨率要求来处理图象，本发明所需费用大大低于计算机处理图象的费用。该方法在遥感、生物医学、公安刑侦等有关需要进行图象处理的部门能广泛地得到采用。
权利要求
1.图象假彩色化的光学方法，将黑白图片制作成光栅调制位相片，把它放置在白光信息处理光学系统中的输入平面上，经白光束均匀照明后，由透镜进行富里叶变换，在富里叶频谱平面上用一光栏进行空间滤波，让某一级衍射光通过，再由另一透镜进行逆富里叶变换，在输出平面输出黑白图片的假彩色图象，其特征在于光栅调制位相片与一周期相同且维数相同的光栅重叠或间距小于1毫米，光栅的线纹方向与位相片的光栅线纹方向平行，改变光栅与位相片在垂直光栅线纹方向的相对位移，变化范围在0至光栅周期d之间，在输出平面实时地输出多幅不同颜色分布的假彩色图象。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于光栅调制位相片是一维的或二维的光栅调制位相片。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于所说的光栅可以是罗奇光栅或矩形位相光栅，也可以是正弦型密度光栅或正弦型位相光栅。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于所说的光栅可以放在光栅调制位相片之前，也可以放在其后。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于所说的光栅可以放在光栅调制位相片之前，也可以放在其后。
全文摘要
颜色可调图象假彩色化的光学方法是在光学位相调制密度假彩色编码方法的基础上，将光栅调制位相片与一周期相同的光栅相重叠，利用它们在白光系统中的衍射效应与空间滤波技术，对某一衍射级次输出的假彩色图像，当光栅与光栅调制位相片在垂直光栅线纹方向进行相对移动时，能实时改变假彩色图象的颜色分布，得到多幅假彩色图象，增强了已有光学图象假彩色化方法的灵活性。实现本方法的设备简单，操作方便。本发明可广泛地应用于遥感、生物医学等方面的图象处理工作。
文档编号G02B27/46GK1032707SQ8710304
公开日1989年5月3日 申请日期1987年10月20日 优先权日1987年10月20日
发明者陈祯培, 周英, 李继陶, 钟永碧, 周焜, 何战 申请人:四川大学