[发明专利]液晶-乳剂光学梯度滤波器

说明书

本发明属于一种图象边缘增强和提取技术。

现有技术：由于图象边缘增强和提取在光学信息处理、尤其在模式识别中的重要性，已发展了多种图象边缘增强技术。其中具有实时处理功能的，大致可分为高通滤波法和光学微分法。由于图象边缘存在灰度突变，图象的富立叶变换中就显现出高频成分，在光学系统的富立叶面上放置高通滤波器就可滤除图象的低频成分，使图象中的高频成分相对增强，从而图象边缘就会突出显现。光学微分法中的全息微分滤波器能完成图象的微分运算。在图象边缘部位灰度有较大变化，相应的导数值就大，图象边缘也会突出显现出来。

高通滤波法结构简单、容易实现，但输出图象不是单一的物体边缘轮廓，而是一系列光强极大值与极小值分布，使图象边缘显现质量变坏，改进滤波函数也不能从根本上消除多峰值问题。已经证明^[1]若将图象以梯度运算的方式作图象边缘增强处理，则后继的相关系统有最大的信噪比和峰值旁瓣比输出。许多光学微分法都只处理一维微分问题，1983年Casasent^[2]报导了一种两维求导的全息微分滤波器，但它的制造技术复杂，操作困难较大，它要模拟计算机技术中的Sobel算子功能，要进行八次不同加权量的曝光，光强、相位和空间位置的控制精度要求很高，制作使用滤波器要有良好的防震设备;再者，这种滤波器的光能利用率很低，其结果势必要求在使用中用大功率的激光光源，造成光学处理系统体积庞大，这些都限制了这种全息光学微分方法的实用。

本发明目的：提出一种新的滤波函数，按此函数制作相应的光学滤波器-光学梯度滤波器，它能对图象进行梯度运算，符合文献[1]中提出的原则，图象边缘梯度较大，从而使图象边缘增强。与全息光学微分法相比，光学梯度滤波器不但有二维求导功能，而且制作工艺简单，不要求有高的复位精度，有很高的光能利用率，有高的实用性。

发明内容：令F（ρ，φ）＝F₁·F₂＝D₁e^iφ·D₂ρ，其中φ、ρ为极坐标变量，D₁、D₂为二个常量。可以证明，若一个光学滤波器的滤波函数具有函数F（ρ，φ）的形式，将这种光学滤波器置于光学系统的富立叶面上，那么光学系统输出面上的图象就与输入面上图象的梯度成正比。因为输入图象的边缘具有较大的梯度，那么在输出图象中就将输入图象的边缘突出地显现出来，从而实现了图象边缘的增强和提取。具有上述滤波函数F（ρ，φ）的光学滤波器称之为光学梯度滤波器。光学梯度滤波器由两部分组成，一部分为相位滤波器F₁，另一部分为幅度滤波器F₂，它们分别完成F₁＝D₁e^iφ和F₂＝D₂ρ的作用。