[发明专利]实现图象实时假彩色化的光学方法

说明书

本发明属于现代光学信息处理的图象假彩色化的方法。

遥感、生物医学、环境监测、公安刑侦等领域的黑白图象剧增，急待人们去判读和处理。由于人眼对颜色图象信息的识别能力较对黑白密度图象信息的识别能力强得多，因此黑白密度图象假彩色化后更利于人们判读识别。图象假彩色化的方法主要有两大类。一类是用计算机进行图象假彩色化。将黑白图片经图象输入设备输入计算机，计算机根据图象的密度进行着色处理，然后输出假彩色图象。这类方法灵活性好且精度高，可根据使用要求改变输出图象的颜色分布，但处理高分辨率图象，成本费用高，处理时间长。另一类是用光学方法实现图象的假彩色化。光学方法处理图象是二维并行的，容量大速度快，可以达到实时处理。但现有的光学假彩色化方法由于需要对黑白图象进行预处理，无法实现实时地假彩色化，因而限制了光学假彩色化方法的应用范围。如位相调制密度假彩色编码方法〔《光学学报》1984第二期145页〕。该方法需要在暗室中用黑白罗奇光栅与黑白图象重迭在一张复制底片上，经均匀曝光、显影、定影、水洗后制得光栅抽样负片，再经漂白处理得到光栅调制位相片（制作光栅调制位相片的过程称为预处理）。将此位相片放到白光图象处理系统的输入平面上，经富里叶平面的滤波处理后，在输出平面处便得到黑白图象的假彩色图象。虽然在白光图象处理系统中处理过程很快，但对黑白图象的预处理使得不能实现实时地假彩色化，不能充分发挥光学图象处理速度快的特点。另外，该方法对输出假彩色图象的颜色虽可通过改变滤波级次作适当调节，但颜色变化范围不大，进一步的调节需要重新对黑白图象进行预处理，因此该方法灵活性差，不够方便。

本发明的目的在于提出一种能对黑白密度图象实时进行假彩色化的方法，这种方法不需对黑白图象作预处理，直接将黑白图象输入光学处理系统，即可立刻得到假彩色图象，且假彩色图象的颜色分布易于实时调节。

本发明的要点是在液晶光阀两端加上声频电压，把黑白密度图象成象于液晶光阀的写入面。黑白图象上密度的不同，将使入射到液晶光阀的写入面的光强（以下简称写入光强）也不同，从而液晶层上的电压发生相应的变化，液晶分子的排列规律也发生相应的改变。由于液晶分子具有光学双折射效应，当一线偏振白光从液晶光阀的读出面入射（以下简称线偏振读出光），经过液晶层并被液晶光阀内的全反射镜反射，再一次通过液晶层后，其偏振状态的变化将与写入光强有关。出射后经检偏和成象系统发生偏振干涉，转换为输出光强度变化。根据偏振光的传播规律和偏振干涉原理，采用简化场效应模型，在选用45°扭曲交流液晶光阀且线偏振读出光的偏振方向与检偏系统的透光方向正交时，输出光强

I（φ，χ，f，v）＝ (I_r(λ))/4 ｛2- 3/2 sin²2φ-2cos²2φcos (2π)/(λ) 〔2△（v，f）〕

- 1/2 sin²2φcos (2π)/(λ) 〔4△（v，f）〕

+2sin4φsin (2π)/(λ) 〔2△（v，f）〕sin (2π)/(λ) △（v，f）｝。

式中φ是线偏振读出光的偏振方向与液晶光阀的读出面上液晶分子长轴之间的夹角，λ是线偏振读出光的波长，f是加在液晶光阀两端的声频电压的频率，v是液晶层上的电压，v与加在液晶光阀两端的声频电压值和写入光强有关，I_r（λ）是线偏振读出光的光谱分布，Δ（v，f）是与液晶层上的电压v和声频电压的频率f有关的平均光程差。当加在液晶光阀两端的声频电压值固定时，v仅与写入光强有关，如果夹角φ和声频电压的频率f均固定，那么对于线偏振读出光中的某一波长λ，输出光强I仅随写入光强变化。当平均写入光强一定时，输出光强I就只随黑白图象的密度变化。图象上的某一密度与确定的输出光谱分布I（λ）对应。根据色度学原理知，确定的光谱分布与确定的混合色相对应，因此不同密度与不同颜色相对应，从而输出假彩色图象。由于液晶光阀是一种实时图象转换器件，其响应时间是毫秒级的，因此只要将黑白图象成象于其写入面上，就立即得到黑白图象的假彩色图象，实现了实时地假彩色化。若改变加在液晶光阀两端的声频电压值，即可改变液晶层上电压v、从而使各波长的输出光强比例发生变化，输出图象的颜色立即随之改变，即实现实时地调色。同理，通过改变电压频率f、夹角φ以及平均写入光强都能实时地调节假彩色图象的颜色分布，而当这些参量复原时，颜色分布也完全复原。