θ調(diào)制法空間假彩色編碼實(shí)驗(yàn)

1、實(shí)驗(yàn)一調(diào)制法空間假彩色編碼【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?.掌握用調(diào)制法進(jìn)行空間假彩色編碼的方法,并作出相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,加深對(duì)阿貝二次成像理論和空間頻率濾波的理解,為今后學(xué)習(xí)其他假彩色編碼方法打下基礎(chǔ)。3.了解用計(jì)算機(jī)膠片輸出簡(jiǎn)單的二維調(diào)制片的制作原理?！緦?shí)驗(yàn)光路】 圖1-1【實(shí)驗(yàn)原理】調(diào)法假彩色編碼是阿貝二次衍射成像理論的一種巧妙的應(yīng)用。它是先用不同的光柵分別調(diào)制圖像的不同部分,制成調(diào)制片(或稱光柵調(diào)制片,然后將其置于4f系統(tǒng)的輸入面上,并用白光照明。在頻譜面上進(jìn)行適當(dāng)?shù)目臻g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(dāng)用一束單色平行光垂直照明時(shí),在透鏡的后焦面(即頻譜面上

2、會(huì)形成光柵衍射的離散頻譜點(diǎn),其排列方向垂直于光柵柵線的方向。如果有一個(gè)二維圖像,其不同部位受到方向不同的光柵的調(diào)制,則頻譜面上頻譜點(diǎn)的分布也對(duì)應(yīng)于不同的方向。若擋住任一方向的頻譜點(diǎn),則與其對(duì)應(yīng)的那部分圖像就會(huì)消失?？梢?輸入圖像中的各個(gè)部分的頻譜,只存在于調(diào)制光柵的頻譜點(diǎn)附近,這顯然是由于各部分圖像頻譜與其對(duì)應(yīng)的調(diào)制光柵的頻譜卷積的結(jié)果。如果用白光光源照明調(diào)制片,則在頻譜面上得到色散的彩色譜斑。每個(gè)彩色譜斑的顏色分布都是從外向內(nèi)按照紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫的順序變化。這種現(xiàn)象是易于理解的,因?yàn)楣鈻叛苌浣堑拇笮∨c入射角的波長(zhǎng)有關(guān)。紅光的波長(zhǎng)最長(zhǎng),故衍射角最大,分布在最外;而紫光的波長(zhǎng)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(gè)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(zhuǎn)動(dòng)了角對(duì)圖像進(jìn)行調(diào)制,因此稱其為調(diào)制技術(shù)。又因?yàn)樗菍D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(diào)制空間假彩色編碼就是通過調(diào)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(diào)制透明片的制備:物的樣品為圓形內(nèi)一個(gè)五角星,物品的五角星內(nèi)為豎直光柵,圓圈內(nèi)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(tǒng)的曝光法,而是采用激光膠片照排機(jī)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(jìn)行物理與數(shù)學(xué)描述;以4f 系統(tǒng)和正弦光柵調(diào)制為例,如圖1-2圖所示,信號(hào)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(tǒng)式中,是光柵頻率。在單位振幅的準(zhǔn)直白光照射下,光柵后表面上的復(fù)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(xiàng)代表物的零級(jí)頻譜,第二、三項(xiàng)分別是物的1級(jí)譜帶,每一個(gè)譜帶中心位于2x f =處,色彩呈彩虹。各個(gè)波長(zhǎng)的零級(jí)物譜中心位置都是相同的。間隔為21=的兩種色光,其1級(jí)譜的中級(jí)譜的中心在2x 軸上的偏移量為2x f

6、=。設(shè)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(zhǎng)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(zhǎng)。顯然,只要光柵頻率遠(yuǎn)大于物頻的帶寬Wt ,就可以忽略各波長(zhǎng)頻譜間的重疊,從而可以在頻譜面上對(duì)一系列取離散值得波長(zhǎng),像相干處理系統(tǒng)那樣進(jìn)行濾波操作?！緦?shí)驗(yàn)步驟】1.圖中S 為白光光源,經(jīng)C L 準(zhǔn)直后獲得平行光。首先,將制得的調(diào)制片置入系統(tǒng)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(diào)整正確,將在毛玻璃上呈現(xiàn)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(diǎn)。根據(jù)預(yù)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(duì)應(yīng)的一組譜點(diǎn)中,讓這組頻譜的紅色通過,在圓形對(duì)應(yīng)得一組譜點(diǎn)中,讓綠色通過。再在輸出平面3P 上觀看經(jīng)編碼得到的假彩色像。同理,在物品二五角星對(duì)應(yīng)的一組譜點(diǎn)中,讓這組頻譜的綠色通過,在正方形對(duì)應(yīng)得一組譜點(diǎn)中,讓紅色通過。再在輸出平面3P 上觀看經(jīng)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(duì)應(yīng)的譜點(diǎn)部分扎孔來實(shí)現(xiàn),并任意調(diào)色。2、調(diào)制片的制作(選作:用計(jì)算機(jī)提供的畫圖板程序或photoshop程序畫圖。根據(jù)調(diào)制片的制作要求,選取適當(dāng)?shù)漠嬅娲笮?000像素*1000像素,畫出一個(gè)周期內(nèi)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(nèi)繪制圓型內(nèi)切一個(gè)五角星,一個(gè)為五角星內(nèi)為豎直光柵,圓內(nèi)其余部分為水平光柵;另一個(gè)為五角星內(nèi)為水平光柵,圓內(nèi)其余部分為豎直光柵。用激光照排機(jī)進(jìn)行出圖,選用dpi分別為1000和2000進(jìn)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(jì)算機(jī)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(shí),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(shí)驗(yàn)過程中,輸出像出現(xiàn)顏色不純現(xiàn)象,主要是什么原因?3、由