1、實驗一調制法空間假彩色編碼【實驗目的】2.掌握用調制法進行空間假彩色編碼的方法,并作出相應的實驗結果,加深對阿貝二次成像理論和空間頻率濾波的理解,為今后學習其他假彩色編碼方法打下基礎。3.了解用計算機膠片輸出簡單的二維調制片的制作原理?！緦嶒灩饴贰?圖1-1【實驗原理】調法假彩色編碼是阿貝二次衍射成像理論的一種巧妙的應用。它是先用不同的光柵分別調制圖像的不同部分,制成調制片(或稱光柵調制片,然后將其置于4f系統的輸入面上,并用白光照明。在頻譜面上進行適當的空間濾波處理,便可在輸出面上得到假彩色圖像。在一透鏡前方放置一塊柵線平行等距的光柵,當用一束單色平行光垂直照明時,在透鏡的后焦面(即頻譜面上

2、會形成光柵衍射的離散頻譜點,其排列方向垂直于光柵柵線的方向。如果有一個二維圖像,其不同部位受到方向不同的光柵的調制,則頻譜面上頻譜點的分布也對應于不同的方向。若擋住任一方向的頻譜點,則與其對應的那部分圖像就會消失。可見,輸入圖像中的各個部分的頻譜,只存在于調制光柵的頻譜點附近,這顯然是由于各部分圖像頻譜與其對應的調制光柵的頻譜卷積的結果。如果用白光光源照明調制片,則在頻譜面上得到色散的彩色譜斑。每個彩色譜斑的顏色分布都是從外向內按照紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫的順序變化。這種現象是易于理解的,因為光柵衍射角的大小與入射角的波長有關。紅光的波長最長,故衍射角最大,分布在最外;而紫光的波長最短,故衍

3、射角最小,分布在最里。如果在頻譜面上放置一個空間濾波器,讓不同方位的譜斑通過不同的顏色,則在像面上可以得到彩色像。由于這種方法是利用不同方位的光柵(彼此轉動了角對圖像進行調制,因此稱其為調制技術。又因為它是將圖像中不同空間部位編上不同的顏色,故又稱空間假彩色編碼。調制空間假彩色編碼就是通過調制的處理手段,“提取”白光中所包含的彩色,再“賦予”圖像而形成的。調制透明片的制備:物的樣品為圓形內一個五角星,物品的五角星內為豎直光柵,圓圈內其余部分為水平光柵;且透明片可以采用16lp/mm 20lp/mm 的光柵制作的。其制備沒有采用傳統的曝光法,而是采用激光膠片照排機打印在膠片上的形式,可以方便的制

4、作不同的物品圖樣,然后疊加不同角度的光柵。下面我們就上述原理進行物理與數學描述;以4f 系統和正弦光柵調制為例,如圖1-2圖所示,信號11(,t x y 置于輸入平面1P 上,在其后緊貼一正弦光柵,后者的振幅頻率為:1111111(,(,cos(222f x y t x y x =+(1-1 圖1-2白光處理系統式中,是光柵頻率。在單位振幅的準直白光照射下,光柵后表面上的復振幅分布為:1111111(,(,cos(222f x y t x y x =+22111111(,1222i x i x t x y e e =+(1-2在頻譜面上的空間頻譜分布為:111(,(,*(,(,(,222x y

5、 x y x y x y x y F f f T f f f f f f f f =+111(,(,(,244x y x y x y T f f T f f T f f =+(1-3將2/x f x f =,2/y f y f =代入上式,得:22222222111(,(,(,(,244x y x y x y x y F T T T f f f f f f f f=+(1-4式中,第一項代表物的零級頻譜,第二、三項分別是物的1級譜帶,每一個譜帶中心位于2x f =處,色彩呈彩虹。各個波長的零級物譜中心位置都是相同的。間隔為21=的兩種色光,其1級譜的中級譜的中心在2x 軸上的偏移量為2x f

6、=。設物的空間頻帶寬度為Wt ,則其在2x 軸上的空間寬度為t x Wt f =;而不同波長物頻譜能夠分離的條件是2t x x ,由此求得:Wt (1-5式中,為平均波長。顯然,只要光柵頻率遠大于物頻的帶寬Wt ,就可以忽略各波長頻譜間的重疊,從而可以在頻譜面上對一系列取離散值得波長,像相干處理系統那樣進行濾波操作?！緦嶒灢襟E】1.圖中S 為白光光源,經C L 準直后獲得平行光。首先,將制得的調制片置入系統輸入面1P 上,P 2是頻譜面,在輸出面3P 放置毛玻璃觀察,如果光路調整正確,將在毛玻璃上呈現出清晰的像。然后在頻譜面上放一張不透光的白紙屏,可以看到其上有2組彩色譜點。根據預想的各部分圖

7、案所需要的顏色,用大頭針扎小孔,在物品一五角星對應的一組譜點中,讓這組頻譜的紅色通過,在圓形對應得一組譜點中,讓綠色通過。再在輸出平面3P 上觀看經編碼得到的假彩色像。同理,在物品二五角星對應的一組譜點中,讓這組頻譜的綠色通過,在正方形對應得一組譜點中,讓紅色通過。再在輸出平面3P 上觀看經編碼得到的假彩色像。顯然,假彩色像的顏色可以通過在頻譜面上不同顏色對應的譜點部分扎孔來實現,并任意調色。2、調制片的制作(選作:用計算機提供的畫圖板程序或photoshop程序畫圖。根據調制片的制作要求,選取適當的畫面大小1000像素*1000像素,畫出一個周期內黑條紋為2像素,白條紋為2像素的單頻光柵,并用BMP格式在其內繪制圓型內切一個五角星,一個為五角星內為豎直光柵,圓內其余部分為水平光柵;另一個為五角星內為水平光柵,圓內其余部分為豎直光柵。用激光照排機進行出圖,選用dpi分別為1000和2000進行處理,得到約10lp/mm的光柵和20lp/mm的光柵。圖1-3,1-4分別為計算機生成物品二和物品一的圖形。 圖1-3物品二圖形圖1-4物品一圖形【思考題】1、用白光照明觀察彩色像時,大部分光能是向四周輻射損失掉了,光能利用率低,有什么解決方法?2、在實驗過程中,輸出像出現顏色不純現象,主要是什么原因?3、由