三通道多功能实时假彩色编码仪的制作方法

专利名称:三通道多功能实时假彩色编码仪的制作方法
本发明属于对黑白图象进行假彩色编码的图象处理装置。
人的眼睛是一个复杂的分辨器，虽然它通常只能分辨十多个灰度等级，可是却能分辨一百多种不同的色彩，因此通过把黑白图象假彩色化的方法，可以大大提高人类对图象细节的识别能力。
早在1896年，Rheinberg就已在显微镜中使用了假彩色编码的滤波器，其后九十年中，也有不少文章相继就各种假彩色编码的光学方法作过介绍。F.T.S.Yu在他1983年出版的书中对此曾作过较为详尽的综述。
为了将人造卫星用多光谱扫描仪拍摄的同一地物三个不同波段的黑白图片合成为一张假彩色图片，美、日、中三国(我国由长春光机所和华东师大分别研制)已分别生产了假彩色合成仪，所采用的方法是使用一个或三个独立光源和三只投影镜头，然后再加以合成。这种方法不但结构复杂，需要风冷，成本昂贵，而且根本之点在于由于三个通道有三根独立的光轴，不易将三个通道的图象加以重合。这种假彩色合成技术的另一缺点是，不具备作付里叶变换的功能，因此无法做空间频率编码来提高图象边缘和细节的清晰度。
1981-1982年，张幼文在美国宾州大学(PennsylvaniaStateUniversity)作访问学者期间，曾从事过用光栅漂白编码的研究。后来，光栅法首先在中国发展成为光栅漂白编码法，用作图象密度的假彩色编码。按此原理四川大学做成了仪器，然而由于只有一个通道，不能作多波段合成，也无法进行空间频率编码。
1984年胡国华曾设计生产了一种付里叶变换仪。该仪器虽可以作空间频率编码，然而也由于只有单一通道，因此需要把低通滤波、高通滤波和不加滤波的三个过程分别加掩膜对彩色底片曝光。这样，不但操作复杂，而且由于不是实时处理，既无法保证每次处理时彩色底片上的图象不会因为移动而模糊，也不能确切知道每次曝光的彩色和时间是否合适。此外，该仪器也还只有单通道付里叶变换一个功能，不能作多通道合成。
本发明可以克服上述已有技术的缺点，其特点在于通过使用三个可同时进行付里叶变换或多波段合成的通道，在只有一个光源、一根光轴和一个付里叶变换成象镜头的系统中，实现在一个放大屏上对三个通道的图象进行实时对准，实时观察，并对各通道的彩色和光强进行实时调整，然后一次拍照成功，从而使得图象质量明显改善。我们检索了大量国外专利，均未发现与本发明相同专利。
图1表示同时具有多波段合成、密度编码和空间频率编码等五个功能的实时假彩色编码系统的光原理图。
图2表示空间频率编码和光栅漂白编码系统的光原理图。
本发明的基本原理参见附图1。
从多色点光源S发出的光经准直透镜L1准直成平行光，射到分色片F1上，该分色片是一块截止波长为0.63μ±0.01μ的后截止滤光片，它透射蓝、绿光反射红光。透过的蓝、绿光射到第二块分色片F2上，它是一块截止波长为0.51μ±0.01μ的后截止滤光片，透蓝反绿。反射的绿光射到第三块分色片F3上，它是一块截止波长0.56μ±0.01μ的前截止滤光片，它反射绿光并透过从F1反射再经反射镜M1反射的红光。这些绿光和红光射到第四块分色片F4上，它是一块截止波长为0.48μ±0.01μ的前截止滤光片，它透过绿光和红光，并反射从F2透过并经M2反射的蓝光，这样经F4得到的是红、绿、蓝三色光。同理，根据需要若用不同的滤色片，就可以分出其它颜色的光。
图1中的虚线部分表示空间频率编码和光栅漂白密度编码系统的工作原理。此时，在F1之前的平行光路中的适当位置(使满足在B′上成象)插入负片(物片)Pi和透镜L2，由L2对Pi进行付里叶变换，使在三个通道的焦点上都得到其频谱，然后分别在第〔1〕通道的焦点上加置高通滤波器Th，第〔3〕通道的焦点上加低通滤波器T1，第〔2〕通道上用图象作本底以保持图象原有的分辨率不受损失(图上以To表示不加滤波器)。这样，移去L3，就可以在B′上(B′的位置需作适当移动)得到一个空间频率编码的彩色象，其中图象的高频部分(图象边缘和细节)为红色，低频部分(图象平坦部分)为蓝色，本底则为绿色。在光路的布置上，也可以适当选择Pi选择的位置，使Pi通过L2成象在P1、P2、P3处，再经L3成象在B上，这样可以保持L3和B的位置保持不变。如果在Pi中插入的是光栅漂白编码的片子，并只用一个通道(也可以用三个通道)，而在频谱面上采用小孔只让某一级频谱(例如零级或1级)通过，则在B′上将得到图象Pi的密度编码彩色象。因为经光栅编码并漂白后的Pi，其密度随折射率变化，而折射率与波长有关，因此密度随波长变化，使在B′上对应不同密度不仅呈现不同的颜色，而且即使细小的密度变化也将出现明显的色差，变化十分灵敏。
光栅漂白的步骤是这样的用20线对/毫米左右的光栅重叠在一张有图象的底片上，再把它们贴在一张新鲜的未曝过光的底片上，用白光曝光，再对新底片进行显影、定影、漂白处理，即可获得编码的输入片Pi。
如果把光栅漂白片插入Pi位置，第〔1〕通道作密度编码，另外二个通道经空间滤波后作空间频率编码，则在B上可以获得既经密度编码又经频率编码的彩色象。
如果在图1实线所示的多波段合成系统的P1、P2、P3处插入的是三张不同波段的光栅漂白片，并在L3的焦点上加小孔滤波，则在B上可以得到不同波段合成的密度编码象。
据此，本发明提供二个实施例来加以说明
1.在通道〔1〕、〔2〕、〔3〕中分别插入卫星或飞机上的多光谱扫描仪拍摄的4、5、7波段的黑白图片P1、P2、P3，经成象透镜L3就可把它们的彩色合成象成到屏B上，此时即可用照相机拍照，也可以再放大一次在一个大观察屏上进行观察。
2.在P1、P2、P3片架上分别插入同一张医学图片的正片、负片和正负片，经过本系统的密度编码，这时正片表现为蓝色(例如骨头)，负片为红色(例如肌肉)，中间密度的组织则为各种混合色(例如血管)，从而提高对人体组织和器官的分辨率。
综上所述，本发明可以用作
1.对多光谱图片进行三通道合成;
2.对由正片、负片和正负片三张片子(或不同灰度等级的三张片子)进行三通道密度编码;
3.通过加高通滤波器、低通滤波器和不加滤波器(或加带通滤波器、方向滤波器等)作三通道空间频率编码;
4.对三个波段的图片分别作光栅漂白编码再加以合成，需要时也可单独使用一个通道作付里叶变换，进行光栅漂白编码;
5.使用三个通道中的任何二个通道，把分色片改成半透膜，即可构成一台激光或白光马赫-珍德干涉仪;
6.同一台装置可同时具有多波段合成、三通道密度编码、三通道空间频率编码、光栅漂白密度编码和马赫-珍德干涉仪这样五个功能，并且可以进行实时对准、处理、观察、拍照。
参考文献
①J.Rheinbevg，J.R.Microsc，Soc.，p373(August，1896年)
②F.T.S.Yu，《OpticalInformationProcessing》Wiley，NewYork，1983.
③王书颖、张静仁、彭芳麟，光学学报，v.4，p528，1984年
④胡国华等，《付里叶光学变换机的设计》，内部资料，1984年
⑤张幼文，《PseudocolorEncoderUsingWhiteLightForGeophysicalAndMedialApplications》待发表(1982年完稿)
⑥国际专利检索范围G02B，5/18，G03B27/32，27/52
⑦美国专利检索范围350/162;355/32，67;356/123;353/87
⑧查阅了中国专利局所藏美、英、法、日、德各国专利，均未发现与本发明相同专利，经计算机国际联机检索也未发现相同专利。
权利要求
1、对黑白图象进行多功能实时假彩色编码的图象处理装置，其特征在于，它是由下列部件依所述顺序组合构成
①白光或多色部分相干光点光源S和准直透镜L1，由S发出的光经L1准直成平行光；
②截止波长为0.63μ±0.01μ的后截止滤光片F1，用以透过由L2准直的蓝、绿光，并反射红光；
③截止波长为0.51μ±0.01μ的后截止滤光片F2，用以透过经F1的蓝光和反射绿光；
④反光镜M2用以反射透过F2的蓝光；
⑤反光镜M1设置在与F1相对应的位置上，用以反射经F1反射的红光；
⑥截止波长为0.56μ±0.01μ的前截止滤光片F3，用以反射经F2反射的绿光和透过经M1反射的红光；
⑦截止波长为0.48μ±0.01μ的前截止滤光片F4配置在与反光镜M2相对应的位置上，用以透过从F3来的红光和绿光，并反射从M2来的蓝光；
⑧L3为成象透镜，它使得从物片P1、P2、P3来的红、绿、蓝三色光组成的彩色合成象映射到成象屏B上；
⑨光源S、准直透镜L1、滤光片F1、滤光片F2、反光镜M2设置在同一轴线上，而反光镜M1、滤光片F3、滤光片F4、成象透镜L3、成象屏B和B′则设置在与前述轴线相平行的另一轴线上，从而构成使用单一光源、同一光轴(指进光和出光的光轴)的多通道马赫-珍德干涉仪式的实时假彩色编码系统。
2、据权利要求
1所述的多功能实时假彩色编码的图象处理装置，其中，通道〔1〕、〔2〕、〔3〕中放入的P1、P2、P3为不同波段的黑白图片，由系统对它们进行多波段合成，通过对各通道的彩色和光强进行实时调整，使在成象屏上对彩色合成图象进行实时对准、实有观察。
3、据权利要求
1所述的多功能实时假彩色编码的图象处理装置，其中，P1、P2、P3分别为正片、负片和正负片，系统对它们进行多通道密度编码，通过对各通道的彩色和光强进行实时调整，使在成象屏上对彩色合成图象进行实时对准、实时观察。
4、据权利要求
1所述的多功能实时假彩色编码的图象处理装置，其中透镜L2位于滤光片F1之前，物片Pi位于L1和L2之间，系统对所插入的物片Pi进行付里叶变换，使在3个通道的焦点上都得到该物片的频谱。
5、据权利要求
4所述的多功能实时假彩色编码的图象处理装置，其中，在第〔1〕通道的焦点上加置高通滤波器Th，第3通道的焦点上加低通滤波器T1，第2通道上以图象作本底(T0表示不加滤波器)，在成象屏B′上得到经空间频率编码的彩色象。
6、据权利要求
5所述的多功能实时假彩色编码的图象处理装置，其中，Pi的位置可作适当调整，使Pi通过L2成象在P1、P2、P3处，再经L3成象在B上，以致L3和B的位置可保持不变。
7、据权利要求
4所述的多功能实时假彩色编码的图象处理装置，其中，Pi为光栅漂白编码片，使用某一个通道(例如第1通道)在频谱面上只让某一级频谱通过，在B′上获致图象Pi的密度编码彩色象。
8、据权利要求
5或7所述的多功能实时假彩色编码的图象处理装置，其中，Pi为光栅漂白编码片，三个通道中一个通道作密度编码，另外二个通道经空间滤波后作空间频率编码，在B上可以获致既经密度编码又经频率编码的彩色象。
9、据权利要求
2所述的多功能实时假彩色编码的图象处理装置，其中，P1、P2、P3为三张不同波段的光栅漂白片，并在L3的焦点上加一小孔，在B上获致不同波段合成的密度编码象。
10、据权利要求
7或9所述的多功能实时假彩色编码的图象处理装置，其中，光栅漂白是用20线对/毫米左右的光栅重叠在一张有图象的底片上，再把它们贴在一张新鲜的未曝过光的底片上，用白光曝光，再对新底片进行显影、定影、漂白处理。
11、据权利要求
9所述的多功能实时假彩色编码的图象处理装置，其中，把滤光片F1、F2、F3改为半透膜，任取二个通道，构成光源为激光、准单色光或白光的马赫-珍德干涉仪。
专利摘要
本发明属于对黑白图象进行假彩色编码的图象处理装置。 本发明使用分色片既分光又着色构成一种单一光源、同一光轴的多通道马赫——珍德干涉仪式的假彩色编码系统，它同时具有多波段合成、多通道密度编码、多通道空间频率编码、单通道或多通道光栅漂白密度编码、多通道空间频率和密度混合编码以及作激光或白光马赫——珍德干涉仪的能力。本系统还具有将各通道进行实时对准、配色、测光、观察和拍照的能力。
文档编号G03B33/00GK85103690SQ85103690
公开日1986年11月12日 申请日期1985年5月15日
发明者张幼文, 黄维实, 包学城 申请人:上海交通大学