非相干光處理

章非相干光處理非相干光學(xué)處理是指采用非相干光照明的信息處理方法,系統(tǒng)傳遞和處理的基本物理量是光場(chǎng)的強(qiáng)度分布.早期的光學(xué)處理多屬于非相干光學(xué)處理,由于光場(chǎng)的非相干性質(zhì),輸入函數(shù)和脈沖響應(yīng)都只能是非負(fù)的實(shí)函數(shù).對(duì)于大量雙極性質(zhì)的輸入和脈沖響應(yīng),處理起來比較困難.2021/5/91

激光出現(xiàn)后,相干系統(tǒng)具有一個(gè)物理上的頻譜平面,可以實(shí)現(xiàn)傅里葉變換運(yùn)算,大大增加了處理的靈活性.又由于全息術(shù)的推動(dòng),使相干光學(xué)處理的研究極為活躍,一度曾使非相干處理技術(shù)相形失色.

但是多年的實(shí)踐表明,相干處理系統(tǒng)的突出問題是相干噪聲嚴(yán)重,導(dǎo)致對(duì)系統(tǒng)元件提出較高要求,而非相干處理系統(tǒng)由于其裝置簡(jiǎn)單,又沒有相干噪聲,因而再度受到廣泛的重視.2021/5/9210.1相干與非相干光學(xué)處理1O.1.1相干與非相干光學(xué)處理的比較

我們把一張透明圖像片作為一個(gè)線性系統(tǒng)的輸入,當(dāng)用相干光照明它時(shí),圖片上每一點(diǎn)的復(fù)振幅均在其輸出面上產(chǎn)生相應(yīng)的復(fù)振幅輸出.整個(gè)輸出圖像是這些復(fù)振幅的線性疊加,即2021/5/93

也就是合成復(fù)振幅滿足復(fù)振幅疊加原則.然而人眼、感光膠片或其它接收器可感知的是光強(qiáng),即合成振幅絕對(duì)值的平方2021/5/9410.1.2

對(duì)于完全非相干系統(tǒng),輸入圖像上各點(diǎn)的光振動(dòng)是互不相關(guān)的,每個(gè)點(diǎn)源發(fā)出的光是完全獨(dú)立的,或者說是完全隨機(jī)的,其振幅和初相位均隨時(shí)間作隨機(jī)變化.而觀察的強(qiáng)度是對(duì)時(shí)間的平均效應(yīng).這樣一來(10.1.2)式中的第二項(xiàng),在非相干情況下其平均值為零,即有

由此可知，非相干處理系統(tǒng)是強(qiáng)度的線性系統(tǒng)，滿足強(qiáng)度疊加原理。2021/5/95

因此,相干光處理與非相干光處理系統(tǒng)的基本區(qū)別在于,前者滿足復(fù)振幅相干疊加,后者滿足強(qiáng)度疊加原則。

顯然,復(fù)振幅可取正負(fù)或其它復(fù)數(shù)值.這樣一來，相干光處理系統(tǒng)有可能完成加、減、乘、除、微分和卷積積分等多種運(yùn)算,特別是能利用透鏡的傅里葉變換性質(zhì)，在特定的頻譜平面上提供輸入信息的空間頻譜，在這個(gè)頻譜面上安放濾波器，可以方便而巧妙地進(jìn)行頻域綜合，實(shí)現(xiàn)空間濾波。2021/5/96

而在非相干光學(xué)處理系統(tǒng)中,光強(qiáng)只能取正值.故相干光學(xué)處理信息的能力比非相干光學(xué)處理系統(tǒng)要豐富得多.這就是為什么一般采用相干光而不是非相干光進(jìn)行信息處理的主要原因.然而,相干光學(xué)處理也有幾個(gè)固有缺點(diǎn).(1)相干噪聲和散斑噪聲問題(2)輸入和輸出上存在的問題2021/5/97

在光學(xué)系統(tǒng)中(如透鏡、反射鏡和分束器等)不可避免地存在一些缺陷,如氣泡、擦痕以及塵埃、指印或霉斑等.當(dāng)用相干光照明時(shí),這些缺陷將產(chǎn)生衍射,而這些衍射波之間又會(huì)互相干涉,從而形成一系列雜亂條紋與圖像重疊在一起,無法分開.這就是所謂相干噪聲。（1）相干噪聲和散斑噪聲問題.2021/5/98

另外,當(dāng)用激光照明一個(gè)漫射體時(shí),物體表面上各點(diǎn)反射的光在空間相遇而發(fā)生干涉.由于漫射物體表面的微觀起伏與光波長(zhǎng)相比是粗糙的,也是無規(guī)的,因而這種干涉也是無規(guī)的.當(dāng)用相干光照明漫射物體時(shí),這個(gè)物體看上去總是麻麻點(diǎn)點(diǎn)的,這就是散斑噪聲.2021/5/99

由于以上兩種噪聲的存在,因此相干光處理的圖像總是斑紋重疊,結(jié)果總不令人滿意,有時(shí)甚至把信號(hào)淹沒.噪聲問題成了相干光信息處理發(fā)展的嚴(yán)重障礙.2021/5/910

由于信息是以光場(chǎng)復(fù)振幅分布的形式在系統(tǒng)中傳遞和處理,這就要求把輸入圖像制成透明片,然后用激光照明.這就排除了直接使用陰極射線管(CRT)和發(fā)光二極管(LED)陣列作為輸入信號(hào)的可能性。而在許多實(shí)際應(yīng)用中的信號(hào)是以這種方式提供的?，F(xiàn)在已廣為使用的光學(xué)與電子學(xué)混合處理系統(tǒng),可以直接使用這類非相干信號(hào)。(2)輸入和輸出上存在的問題2021/5/911(3)激光是單色性極好的光源,因此,相干處理系統(tǒng)原則上只能處理單色圖像,對(duì)彩色圖像的處理幾乎無能為力.2021/5/91210.1.2非相干光學(xué)處理系統(tǒng)的噪聲抑制

非相干光學(xué)處理系統(tǒng)對(duì)噪聲的抑制作用,是從通信理論中的多余通道的概念發(fā)展而來的.例如發(fā)送某個(gè)信號(hào)用了N個(gè)信息通道(如同時(shí)用幾路電話通道來傳送一個(gè)電話),那么第i個(gè)通道的輸出信號(hào)為

式中,ni為第i個(gè)通道上的噪聲,不同通道上的噪聲是不同的;s為信號(hào),它對(duì)所有的通道都是相同的.這樣,總的強(qiáng)度輸出信號(hào)為E{}表示求平均2021/5/913由于噪聲是完全隨機(jī)的，其信號(hào)的平均值為零，另外，不同噪聲之間互不相關(guān)，因此有式中2021/5/914由上面分析可知，單一通道上的信噪比為當(dāng)引入N個(gè)通道后，信噪比為因此，多余通道的引用使信噪比提高了N倍。關(guān)于這一點(diǎn)在光學(xué)系統(tǒng)中是容易理解的。2021/5/915擴(kuò)展光源引入的多余通道2021/5/916用三個(gè)互不相干的點(diǎn)光源代表單色空間非相干擴(kuò)展光源.光源放在準(zhǔn)直透鏡LI的前焦面上.顯然,不同點(diǎn)光源發(fā)出的光經(jīng)準(zhǔn)直透鏡后,將通過不同的路徑到達(dá)像面.由圖可見,不同路徑的光所成的像是相互重疊的,也就是不同通道上的信號(hào)是相同的.這就使得光學(xué)元件上的塵?；蚱浔砻嫒毕輰?duì)圖像的影響微不足道。2021/5/917

例如,在圖中的第三通道中,由于透鏡表面的塵埃擋掉了來自物體某一部位的信息,但它還可以從另外兩個(gè)通道傳到輸出面.另外,即使系統(tǒng)內(nèi)各處都有塵?；蛉毕?但由于不同的路徑所通過的光學(xué)系統(tǒng)的區(qū)域是不相同的,也就是說不同通道上的噪聲分布是不相同的,而這些通道上各光場(chǎng)之間互不相干,故輸出平面上的噪聲是不同通道上噪聲的強(qiáng)度相加,最終的結(jié)果就是對(duì)噪聲的平均.因此,用空間非相干擴(kuò)展光源可提高輸出圖像的信噪比.2021/5/91810.2.1卷積和相關(guān)10.2基于幾何光學(xué)的非相干處理系統(tǒng)

實(shí)現(xiàn)兩個(gè)函數(shù)的卷積和相關(guān)是光學(xué)信息處理中最基本的運(yùn)算,在相干光學(xué)處理系統(tǒng)中這些運(yùn)算是通過兩次傅里葉變換和頻城乘法運(yùn)算完成的.非相干處理系統(tǒng)由于沒有物理上的頻譜平面,故不能按照同樣的方法處理.但是從空域來看,卷積和相關(guān)運(yùn)算都包括位移、相乘、積分三個(gè)基本步驟,采用非相干成像系統(tǒng)也可以完成這些運(yùn)算.2021/5/91910.2基于幾何光學(xué)的非相干處理系統(tǒng)

若把強(qiáng)度透射率為tl的一張透明片在強(qiáng)度透過率為t2的另一張透明片上成像,那么在第二張透明片后面每點(diǎn)的光強(qiáng)都正比于乘積tlt2.所以用光電探測(cè)器來測(cè)量透過兩塊透明片的總強(qiáng)度時(shí),給出的光電流I為實(shí)現(xiàn)一個(gè)乘積的積分系統(tǒng)2021/5/920(10.2.1)上圖是實(shí)現(xiàn)這一運(yùn)算的系統(tǒng).透鏡L2將tl以相等大小成像在t2上,而透鏡L3將透過t2的一個(gè)縮小像投射到探測(cè)器上.若使其中一張透明片勻速運(yùn)動(dòng),并把測(cè)量的光電流響應(yīng)作為時(shí)間的函數(shù),就可以實(shí)現(xiàn)tl和t2的一維卷積.例如,讓透明片t2按反射的幾何位置放入,使得(10.2.1)式變成2021/5/921若使t2在x和y方向分別移動(dòng)x0,y0，則t2(-x,-y)變成為這時(shí)探測(cè)器的響應(yīng)為顯然光電探測(cè)器測(cè)得的的值是t1，t2在x=x0,y=y0點(diǎn)的卷積值。2021/5/922相關(guān)運(yùn)算與卷積運(yùn)算的區(qū)別在于,兩個(gè)函數(shù)之一沒有折疊的步驟,所以只要使t2透明片按正向幾何位置放入就可實(shí)現(xiàn)兩者的相關(guān)運(yùn)算.若使t2沿x和y的負(fù)方向移動(dòng)x0,y0，則t2(x,y)變成t2(x+x0,y+yo),于是光電探測(cè)器的響應(yīng)為這就是t1，t2在x=x0,y=y0點(diǎn)的相關(guān)值。2021/5/92310.2.2無運(yùn)動(dòng)元件的卷積和相關(guān)運(yùn)算圖10.2.2實(shí)現(xiàn)無運(yùn)動(dòng)卷積和相關(guān)運(yùn)算的系統(tǒng)2021/5/924

為了避免機(jī)械掃描的麻煩,可以采用圖10.2.2所示的系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)卷積和相關(guān)運(yùn)算.均勻漫射光源S放在透鏡L1的前焦面上,透射率為f(x,y)的透明片緊貼著放在L1之后,在離f(x,y)的距離為d處,并且在透鏡L2的前面緊貼放置透明片h(x,y),然后在L2的后焦面上用膠片或二維陣列檢測(cè)器進(jìn)行記錄.2021/5/925圖10.2.2實(shí)現(xiàn)無運(yùn)動(dòng)卷積和相關(guān)運(yùn)算的系統(tǒng)為了解釋這個(gè)系統(tǒng)的工作原理,考慮由光源上特定一點(diǎn)(-xo,-yo)發(fā)出的光,經(jīng)L1后變成平行光,若把第一張透明片投影到第二張透明片上,則通過L2把光束會(huì)聚到探測(cè)器的(x0,yo)點(diǎn),如果假定兩個(gè)透鏡的焦距相同,那么在檢測(cè)器上的強(qiáng)度分布為2021/5/926這正是所要求的卷積。這種系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單易行,缺點(diǎn)是對(duì)f(x,y)的空間結(jié)構(gòu)越細(xì),得到的相關(guān)值誤差就越大.因?yàn)閺膄(x,y)到h(x,y)完全是按幾何投影考慮的,完全忽略了結(jié)構(gòu)的衍射,結(jié)構(gòu)越細(xì),衍射越顯著,所以用這個(gè)系統(tǒng)處理的圖像的分辨率是受到限制的.這正是所要求的相關(guān)。若第一張輸入透明片按反射的幾何位置放入，則檢測(cè)器上的強(qiáng)度分布為2021/5/927

以幾何光學(xué)為基礎(chǔ)的非相干處理系統(tǒng)有兩個(gè)明顯的限制:

一個(gè)是由于照明的非相干性質(zhì),系統(tǒng)傳遞和處理的物理量只能是非負(fù)的強(qiáng)度分布,給處理雙極性信號(hào)和綜合雙極性脈沖響應(yīng)造成困難。

另一個(gè)限制是我們?cè)谒蟹治鲞^程中均忽略了衍射效應(yīng),這實(shí)際上是限制了系統(tǒng)處理的信息容量.因?yàn)樾畔⑷萘康脑龃?意味著透明片上的空間結(jié)構(gòu)變得越來越精細(xì),通過透明片的光就越來越多地被衍射,只剩下越來越少的光遵從幾何光學(xué)定律,所以輸出將偏離按幾何關(guān)系給出的結(jié)果.2021/5/92810.3基于衍射的非相干處理——非相干頻域綜合

在相干處理系統(tǒng)中,可以由直接改變變換透鏡后焦面上的振幅透過率來綜合所需要的濾波運(yùn)算.當(dāng)使用非相干光照明時(shí),頻域綜合仍然是可能的,因?yàn)榉窍喔上到y(tǒng)的光瞳函數(shù)和光學(xué)傳遞函數(shù)之間存在著一個(gè)簡(jiǎn)單的自相關(guān)函數(shù)關(guān)系.下圖繪出了典型的非相干空間濾波系統(tǒng)。非相干空間濾波系統(tǒng)2021/5/929類似于相干成像系統(tǒng),輸入與輸出強(qiáng)度之間的關(guān)系可以表示為hI是強(qiáng)度點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)PSF，上式的歸一化傅里葉變換為2021/5/930為系統(tǒng)的光學(xué)傳遞函數(shù)OTF。非相干空間濾波是改變輸入光強(qiáng)頻譜中各頻率余弦分量的對(duì)比和相位關(guān)系，只要根據(jù)輸入輸出關(guān)系,在頻城綜合出所需的OTF,就可實(shí)現(xiàn)各種形式的濾波.2021/5/931衍射受限系統(tǒng)的OTF等于光瞳函數(shù)(即出射光瞳函數(shù),簡(jiǎn)稱光瞳函數(shù))的歸一化自相關(guān)函數(shù)，即10.3.3

2021/5/932由(10.3.3)式可知,根據(jù)系統(tǒng)所需的OTF設(shè)計(jì)光瞳函數(shù),頻域綜合可在光瞳面著手。10.3.3

相干系統(tǒng)中有一個(gè)物理上的實(shí)實(shí)在在的頻譜面,非相干系統(tǒng)中沒有這樣直接,光瞳函數(shù)與傳遞函數(shù)之間通過自相關(guān)相聯(lián)系.2021/5/933

若光瞳面上放置其它形式的濾波器,P應(yīng)該等于濾波器的透過率函數(shù)。對(duì)于濾波器的位置精度要求,不像相干系統(tǒng)那么苛刻.但由所需的傳遞函數(shù)確定光瞳函數(shù)的解不是唯一的,如何由OTF確定最簡(jiǎn)單的光瞳函數(shù)的步驟現(xiàn)在還不知道.

2021/5/93410.3.1切趾術(shù)

在非相干成像系統(tǒng)中,點(diǎn)物在像面上的響應(yīng)稱為點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)。為說明概念,我們考慮一個(gè)單透鏡成像系統(tǒng),若孔徑光闌緊貼透鏡放置,則孔徑光闌也是出瞳.若孔徑是圓形,則點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)為圓孔的傅里葉變換.

艾里斑的中央亮斑占有絕大部分能量,根據(jù)瑞利判據(jù),系統(tǒng)的分辨率完全決定于中央亮斑半徑.次級(jí)亮環(huán)的峰值僅是中央峰值的0.017,可以忽略它的影響.2021/5/935圓孔衍射艾里斑：艾里斑直徑2021/5/936瑞利判據(jù)

對(duì)于兩個(gè)強(qiáng)度相等的不相干的點(diǎn)光源（物點(diǎn)），一個(gè)點(diǎn)光源的衍射圖樣的主極大剛好和另一點(diǎn)光源衍射圖樣的第一極小相重合，這時(shí)兩個(gè)點(diǎn)光源（或物點(diǎn)）恰為這一光學(xué)儀器所分辨.2021/5/937**光學(xué)儀器的分辨本領(lǐng)最小分辨角（兩光點(diǎn)剛好能分辨）光學(xué)儀器分辨率光學(xué)儀器的通光孔徑2021/5/938

但是,這個(gè)分辨率判據(jù)僅適合于分辨兩個(gè)等強(qiáng)度光點(diǎn)的情況.當(dāng)兩個(gè)光點(diǎn)強(qiáng)度的差別與艾里斑中央和次級(jí)大相當(dāng)時(shí),次極大的存在將干擾我們判斷較弱光點(diǎn)的存在.例如觀測(cè)天狼星附近很弱的伴星,就會(huì)遇到這種情況.切趾術(shù)就是為了使中央亮斑周圍的亮環(huán)去掉而采取的一種非相干頻域的綜合技術(shù).2021/5/939光瞳函數(shù)點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)MTF由于光瞳邊界透過率呈階躍變化,導(dǎo)致次級(jí)衍射環(huán)的產(chǎn)生。要切去點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)的趾部(次級(jí)亮環(huán)),應(yīng)把光瞳的透過率分布改為緩變形式.例如采用高斯型透過率孔徑函數(shù)(光瞳函數(shù)),由于高斯型孔徑的夫瑯禾費(fèi)衍射圖樣仍是高斯型的(即高斯函數(shù)的傅里葉變換仍是高斯函數(shù)),故點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)仍是高斯型分布,能夠滿意地消除次級(jí)環(huán)的影響.2021/5/940光瞳函數(shù)點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)MTF從OTF的觀點(diǎn)看,這是增大低頻的調(diào)制傳遞函數(shù)(MTF)值,削弱高頻傳遞能力的結(jié)果.上圖比較了切趾前后的光瞳函數(shù)、點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)和調(diào)制傳遞函數(shù)。2021/5/941

下面介紹一個(gè)具體的結(jié)構(gòu).圖10.3.4表示一個(gè)望遠(yuǎn)物鏡L,孔徑光闌P緊貼物鏡放置.被觀察的遠(yuǎn)方物體在其后焦面上產(chǎn)生的像乃是孔徑函數(shù)的夫瑯禾費(fèi)衍射圖樣,其強(qiáng)度分布如圖10.3.3(b)中的實(shí)線所示.為了既不增加孔徑P,又使中央亮斑之外的次極大被切掉,可在孔徑P上放入一塊玻璃制成的很薄的平行平板Q,在其上鍍以非均勻的吸收膜層,使它的振幅透過率從中心到邊緣逐漸減小,呈高斯分布曲線變化.2021/5/942如圖(a)的虛線所示這樣,孔面上光場(chǎng)的分布就由原來的均勻分布變成了高斯分布，所以后焦面上的衍射斑也就是高斯函數(shù)的傅里葉變換了,它仍然是高斯分布,如圖(b)中的虛線所示，中央亮斑的寬度雖然略有變寬，但它的邊緣次極大被切掉了。2021/5/94310.4白光光學(xué)信息處理技術(shù)

采用相干光源能使光學(xué)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)許多復(fù)雜的信息處理運(yùn)算,這主要是由于相干光學(xué)系統(tǒng)的復(fù)振幅處理能力很強(qiáng).可是,正如蓋伯所指出的,相干噪聲是光學(xué)信息處理的頭號(hào)敵人,此外,相干光源通常是昂貴的,并且對(duì)光學(xué)處理的環(huán)境要求非常嚴(yán)格。

在光學(xué)處理中能否降低對(duì)光源相干性的要求，但又同時(shí)保持對(duì)復(fù)振幅的線性運(yùn)算性質(zhì)？

為了回答這個(gè)問題，人們研究了一類新的光學(xué)處理方法，稱為白光光學(xué)處理。2021/5/944

由于采用寬譜帶光源,特別適合于處理彩色圖像,近年來受到愈來愈多的重視.將白光光學(xué)處理歸入非相干光學(xué)處理一章,僅僅是從它采用了非相干光源這一角度考慮,我們應(yīng)該注意到,它與通常所說的非相干光學(xué)處理是明顯不同的.

白光光學(xué)處理采用寬譜帶白光光源，但采用微小光源尺寸以提高空間相干性，另一方面在輸入平面上引入光柵來提高時(shí)間相干性。這樣既不存在相干噪聲，又在某種程度上保留了相干光學(xué)處理系統(tǒng)對(duì)復(fù)振幅進(jìn)行運(yùn)算的能力，運(yùn)算靈活性好。2021/5/94510.4.1白光光學(xué)處理的基本原理白光光學(xué)處理器常用的白光光學(xué)處理系統(tǒng)如圖下圖所示.2021/5/946其中S是白光點(diǎn)光源或者白光光源照明的小孔,L1為準(zhǔn)直透鏡,L2和L3是消色差傅里葉變換透鏡,P1,P2和P3分別是系統(tǒng)的輸入平面、頻譜平面和輸出平面.這一系統(tǒng)類似于相干光學(xué)處理的4f系統(tǒng).但在白光處理中,通常物函數(shù)均用光柵抽樣(調(diào)制)后才放入輸入面上,通過對(duì)頻譜面上色散的物頻譜作處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)物函數(shù)的處理。令輸入透明片的復(fù)振幅透過率為t（x1,y1),與輸入透明片緊貼的正弦光柵為2021/5/947式中,

。為光柵頻率,并假定物透明片對(duì)照明光源中各種波長(zhǎng)的光波的振幅透過率相同.對(duì)某一確定的波長(zhǎng)

,在消色差變換透鏡L2后焦面P2的空間頻譜為則經(jīng)光柵抽樣后的復(fù)振幅分布為2021/5/948對(duì)某一確定的波長(zhǎng)

,在消色差變換透鏡L2后焦面P2的空間頻譜為上式第一項(xiàng)為零級(jí)物譜，而且不同波長(zhǎng)的零級(jí)物譜的中心位置是相同的；第二和第三項(xiàng)是

1級(jí)信息譜帶，每個(gè)譜帶中心在色散為彩虹顏色2021/5/949對(duì)于波長(zhǎng)間隔為的兩種色光，其一級(jí)譜中心在x2軸上的偏移量是假定信號(hào)的空間頻帶寬度這Wt，則不同波長(zhǎng)的物譜能夠分離的條件是2021/5/950不同波長(zhǎng)的譜在x2平面上的寬度是與波長(zhǎng)有關(guān)的平均寬度為當(dāng)不同波長(zhǎng)的物譜能夠分離(10.4.52021/5/951從式中可以看出，只要光柵頻率

0遠(yuǎn)大于輸入信息的帶寬wt,可以不考慮各波長(zhǎng)頻譜間的重疊，從而可以在譜面P2上獨(dú)立對(duì)一種波長(zhǎng)或幾種離散的波長(zhǎng)，像相干處理一樣進(jìn)行濾波操作。對(duì)于某一確定的波長(zhǎng)

n來說，可以采用濾波函數(shù)為的濾波器進(jìn)行濾波

為了便于討論，假定各個(gè)濾波器都放在同一衍射級(jí)，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同波長(zhǎng)的+1級(jí)譜的處理，同時(shí)擋掉其它衍射級(jí)。在輸出平面上波長(zhǎng)為

n的像場(chǎng)復(fù)振幅為2021/5/952在輸出平面上波長(zhǎng)為

n的像場(chǎng)強(qiáng)度分布為

當(dāng)有N個(gè)離散的濾波器同時(shí)作用于頻譜面時(shí)，由于不同波長(zhǎng)的光是不相干的，因而輸出平面上得到的是不同波長(zhǎng)輸出的非相干疊加2021/5/953

從上述分析可以看出,白光處理技術(shù)的確能夠處理復(fù)振幅信號(hào),并且由于輸出強(qiáng)度是互不相干的窄帶光強(qiáng)度之和,因而又能抑制令人討厭的相干噪聲.

應(yīng)該指出,我們采用的分析方法是對(duì)確定波長(zhǎng)的處理看作相干光處理;而對(duì)不同波長(zhǎng)處理后像的疊加又看成是完全非相干的,這在理論上是不嚴(yán)格的,更嚴(yán)格的討論涉及到部分相干理論.2021/5/954

盡管如此,在很多實(shí)際應(yīng)用中,我們只涉及少數(shù)幾個(gè)分離的波長(zhǎng)(例如紅、綠、藍(lán)三原色),此時(shí)若在信號(hào)頻譜后加濾色片,還可以進(jìn)一步改善時(shí)間相干性.而且在采用矩形光柵時(shí),由于光柵的多級(jí)衍射,在各個(gè)頻譜上都可以進(jìn)行濾波操作.對(duì)于這一類問題的處理,上述的近似分析己經(jīng)足夠了.實(shí)際上,(10.4.5)式的條件對(duì)很多應(yīng)用是過分嚴(yán)格了。2021/5/95510.4.2假彩色編碼

白光信息處理系統(tǒng)對(duì)不同波長(zhǎng)的單色光,提供了類似于相干光處理系統(tǒng)的運(yùn)算能力,采用寬譜帶光源使系統(tǒng)可以使用不同的色通道,有利于對(duì)圖像進(jìn)行彩色化處理-這里介紹幾種圖像假彩色編碼的方法。等密度假彩色編碼等空間頻率假彩色編碼

調(diào)制2021/5/9561.等空間頻率假彩色編碼

將一復(fù)振幅透過率t(x1,yl)的黑白透明片與正交光柵一起放入圖10.4.1所示的白光處理系統(tǒng)的輸入平面Pl處,為分析簡(jiǎn)便起見,假定正交光柵在兩個(gè)正交方向上是相加性的,其振幅透過率可以記為2021/5/957式中,

o、

o分別是光柵在xl,y1方向上的空間頻率.在頻譜面P2上,相應(yīng)于波長(zhǎng)

的復(fù)振幅正比于2021/5/9582021/5/959由上述方程可見,沿x2和y2軸共有四個(gè)彩虹色信號(hào)的一級(jí)衍射譜.如下圖所示2021/5/960如圖所示安放高、低通濾波器，使某一種顏色的低頻成分和另一種顏色的高頻成分通過。輸出平面上物體的低頻和高頻信息將呈現(xiàn)出不同的顏色。比如，低頻和高頻分別為藍(lán)色和紅色。如果采用各種帶通濾波器讓不同的顏色通過，就可以得到色彩更豐富的假彩色圖像。低通濾波器高通濾波器2021/5/961如果在上例中,在P2平面上兩個(gè)呈彩虹顏色的一級(jí)譜處安放如圖10.4.2(b)所示的波器,其中紅色濾波器是一個(gè)簡(jiǎn)單的紅濾色片,另一個(gè)綠色濾波器是由一個(gè)綠濾色片和綠色頻帶中心位置的π相位濾波器組成。于是，在輸出平面上形成紅色原像和綠色反轉(zhuǎn)像疊加的結(jié)果,使得原圖像不同密度的區(qū)域呈現(xiàn)不同的顏色.原圖中密度最小處呈紅色，密度最大處呈現(xiàn)綠色，中間部分分別對(duì)應(yīng)粉紅、黃、淡綠等顏色，密度相同處出現(xiàn)相同的顏色。2.等密度假彩色編碼2021/5/9622021/5/9633、相位調(diào)制假彩色編碼

將黑白圖像假彩色化,并使彩色圖像特征鮮明容易識(shí)別,一直是圖像處理中的一個(gè)重要的課題.在已研究的實(shí)現(xiàn)圖像假彩色的許多方法中,相位調(diào)制假彩色編碼方法由于其光強(qiáng)利用率高、色飽和度好、操作簡(jiǎn)便，已獲得了較廣泛的應(yīng)用。該方法分三步進(jìn)行：

光柵調(diào)制漂白處理濾波解調(diào)它實(shí)際上是另一種等密度假彩色編碼。參見阿貝——波特仿真實(shí)驗(yàn)。2021/5/9641）、光柵調(diào)制

將作為輸入的黑白圖像透明片與周期為d、縫寬為a的羅奇光柵密接，在一張感光底片上均勻曝光。羅奇光柵透過率羅奇光柵黑白底片膠片2021/5/965

設(shè)輸入圖像的光密度為Di(xi,yi),入射的曝光量為Ei(xi,yi),則原底片的強(qiáng)度透過率t(xi,yi)與Di(xi,yi),的關(guān)系為：羅奇光柵黑白底片膠片底片的光密度與曝光量的關(guān)系為2021/5/966ABCD線性工作區(qū)BC——曝光不足區(qū)AD——曝光過度區(qū)——線性工作區(qū)的斜率D0——底片的灰霧密度2021/5/967

輸入光強(qiáng)經(jīng)原片衰減和光柵取樣后，到達(dá)感光底片的曝光量為通過底片的光密度為2021/5/9682）漂白處理

將上述負(fù)片進(jìn)行漂白處理，只要適當(dāng)控制工藝，就可以滿足底片上的光程L（x1,y1)近似正比于底片的光密度，即相應(yīng)的相位分布2021/5/969復(fù)振幅透過率為通過以上步驟，圖像的密度信息就轉(zhuǎn)化成相位信息?？蓪⒁陨辖Y(jié)果按矩形相