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光学信息技术原理及应用 白光信息处理 (二十) 白光信息处理-- ? 调制 对图像的不同区域分别用取向不同（?角不同）的光栅进行调制，用白光照射，并在谱面上加以适当的滤波器，可在输出面上得到所需的彩色图像。光学系统采用4f系统 如下图若要使花、叶、背底三个区域呈现三种不同的颜色，可在同一张胶片上曝三次光，每次只曝其中一个区域，并在其上覆盖某一取向的朗奇光栅，三次分别取三个不同的取向，如图中线条所示。将这样的调制片输入4f系统，用白色平行光照明 ? 调制的滤波与成像 物被不同取向的光栅所调制，在频谱面上得到的将是取向不同的带状谱 用白光照明，所以各级频谱呈现出的是色散的彩带，由中心向外按波长从小到大的顺序排列 带通滤波器实际上是一个被打了孔的光屏。在代表花、叶、背底信息的谱带上分别在红色、绿色、黄色位置打孔 为避免因色区形状与孔的形状不匹配而引起“混频”现象，可在孔上放置相应的滤色片，以提高色纯度 在像平面上可得到彩色图像：红花、绿叶、黄背景。若改变滤波器上孔的位置，可变换出各种不同的颜色搭配 ? 调制实验的彩照 用黑白胶片保存彩色像 彩色胶片使用的化学染料不能耐久而存在褪色问题，人们只能不厌其烦地连年复制，这对于大量彩色图片的长期保存造成极大的困难 在远距离彩色摄影中，色彩鲜艳程度会随目标距离的增大而降低，呈现“褪色”现象 对于超过15公里以上的目标，即使在晴朗天气，也无法拍摄出色保真度很高的照片，这对于卫星运载的信息采集、军事目标的远距离跟踪以及其它目的的远距离摄影都造成了困难 黑白胶片具有长期保存的能力，将彩色的图像信息用黑白胶片保存，使用时通过光学手段将彩色信息加以恢复，不仅有科学意义，还会带来可观的经济和社会效益 早在20世纪70年代末，就提出了黑白胶片保存彩色胶片的? 调制方法 彩色图像的编码和存储 利用计算机技术在同一块材料上制作“三色光栅” ，等价于将三套取向不同且颜色分别为三原色的一维朗奇光栅重合在一起制成的复合光栅。将这种“三色光栅”直接复盖在黑白胶片上无需另加滤色片和编码光栅，只需曝光一次，就可完成彩色编码和存储操作 彩色图像的恢复——解码 解码操作白光处理系统是一个白光照明的4f 系统。图中S为白光光源，经L1准直照明置于物面上的黑白胶片，空间滤波器置于频谱面上，在像平面得到彩色图像输出 由于黑白胶片被三套取向不同的光栅所调制，因而，谱面上三个不同取向的频谱分别载有红、绿、蓝三种颜色的信息 黑白胶片保存彩色像的应用前景 1）彩色胶片的存储： 大量的彩色电影胶片、彩色图片资料利用这种编码方法，可翻制成黑白编码片长期保存，信息不会丢失 2）褪色图像的恢复： 目标图像由于距离太远而会呈现“褪色”现象，使用这种白光信息处理技术可以使呈现“褪色”色彩的恢复。 如可以不再用黑白胶片作为载体，在许多领域将获得更实时更灵活的应用 黑白图像的白光密度假彩色编码 人眼对黑白图像的灰度只能分辨出15~20个等级，，人眼对颜色的分辨能力却大得惊人，将灰度等级转换为颜色等级，可大大提高人们对图像的识别能力 所谓“白光密度”指与“灰度”相应，所谓“假彩色编码”是指输出片的色彩仅由输入片的“白光密度”确定，并非真实色彩 假彩色编码的方法有很多，这里仅举一例。具体编码方法如下图 假彩色显示 将编码片输入白光处理系统，频谱面上放置滤波器，只允许+1级通过（滤波器的选取不是唯一的，也可以仅允许零级通过） 编码片是位相型的，光波位相被输入片的乳胶厚度所调制 输出面的空间光强分布一方面与位相调制的程度有关，另一方面与照明光波波长有关。当用白光照明时，透过编码片的光束经位相调制后的振幅分布是波长的函数 不同波长到达输出面具有各自不同的强度分布，对应各波长的暗区都不会重叠在空间同一位置，因此，输出面便呈现一幅彩色图像 输出图像上的色彩便直接反应了黑白底片的白光密度，而位相每改变一个微小量，输出图像就会在颜色上呈现一个较明显的变化。因 而，用这一方法得到的假彩色显示对灰度等级是十分灵敏的。 假彩色编码应用举例 假彩色编码技术在医学上可用于对人体器官病变的早期诊断，例如用于早期肺癌诊断，用假彩色编码技术对肺部X光透视片（黑白）进行处理，把医生用眼睛无法辨别的灰度差别变换成明显的颜色差别显现出来 假彩色编码用于卫星遥感图像分析： 用于对广大牧区草场情况的监测，可敏感地发现牧区草场退化的灾情和发生的位置 地形地貌卫片的分析，可以敏感地监测洪水灾害、森林火灾的情况，或大陆架的变迁 多重像的产生 用相干光信息处理产生多重像由于相干噪声的干扰存在噪声而影响了它的