相位调制数字图像伪彩色编码方法技术

本发明专利技术公开了一种对灰度图像信号进行数字化相位调制伪彩色编码的方法，采用位相光栅编码法为物理模型，经过数学建模，使光程差随输入灰度图像的密度而变化，找到伪彩色图像强度与原始灰度图像灰度值之间的算子关系，并且总是假定白光光源中仅含有红、绿、蓝3种色光λr,λg,λb，输出面上的光强度则表示为这3种色光输出的非相干叠加。在此假设的前提下提出了一种基于RGB真彩色显示机制的相位调制数字图像伪彩色编码方案，优化解决了灰度与色彩之间的映射关系，为图像及其它信号处理提供了良好的算子选择。这种编码方法灵活性好，得到的各衍射级彩色化图像效果极佳，具有色度丰富、色饱和度好、清晰度高等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于数字图像处理
，具体涉及一种对灰度图像信号进行位相调制伪彩色编码方法。
技术介绍
将灰度图像伪彩色化，并使彩色图像特征鲜明，易于识别，一直是图像处理中的一个重要课题。这种技术是一种视觉效果明显，但又不太复杂的图像增强技术，也是目前国内发展较快的一种图像处理技术。由于人眼只能辨别一幅图像中的4 ^it灰度级，却能辨别近千种的彩色。因此为发挥人眼对彩色的分辨能力，往往用各种不同的颜色代表图像的不同灰度，变灰度图像为彩色图像，从而使观察者能从图像中取得更多的信息。所以，对灰度图像进行伪彩色处理是一种非常有效的图像增强技术，具有广泛的应用市场和技术再开发前景。由于计算机技术的发展和普及，目前已商品化的仪器设备中大多使用的是数字化伪彩色处理技术。灰度图像伪彩色化处理技术在科学研究和实际应用的各个领域正发挥着越来越重要的作用，例如在医学诊断中，得到的数字图像绝大多数是灰度图像，如X线、CT、MRI、B 超图像等。医学数值图像的应用主要在于对图像特征的提取，图像特征包括有点的特征、局部特征、区域特征和整体特征。伪彩色图像处理将明显提高对图像所有这些特征的识别能力。它可充分利用人眼对彩色的锐敏特点，提高对全貌图像的视觉感知。伪彩色能把轮廓的粗细、光滑、锐化、模糊、连续和分布等区域关系显示出来。几乎所有的医学黑白图像都可以作伪彩色处理。在工业检测中，对工业炉内的工件图像进行伪彩色处理，可以获得更好的效果，能给出更为合理的质量分析和预警信息，最终达到节能减排的目标。在材料检测中， 利用伪彩色编码技术制作的电镜彩色图片，色彩差较大，尤其是对于原子序数相差较大的元素彩色相差更大。因此对材料进行分析非常直观可靠，弥补了用谱仪分析只能在图片上显示X射线点而不能显示二次电子图像，只能在一条线上来显示成分曲线而不能看整体分布情况的弱点。从而使材料的组织形貌、含量和分布在一张彩色图上显示出来，使对材料进行半定量分析更加完善。近年来，灰度伪彩色化方法的研究一直受到科研人员的重视，研究开发了许多不同的伪彩色编码的模式。主要可以分为两大类方法一类是采用计算机技术的数字伪彩色方法，例如最为常用的数字处理方法有密度分层法和空间域灰度级-彩色变换。最简单的伪彩色处理方法是密度分层法，也可称作灰度分层法。它是将一幅灰度图像f(x，y)看成是坐标(x，y)的一个密度函数。把次图像的灰度分成若干等级，并且对这若干灰度等级赋予不同的颜色实现图像的伪彩色处理，但是这种方法处理后的图像视觉效果不够理想，色彩生硬，不够调和，并且当灰度级分层较多时，算法非常繁琐。空间域灰度-彩色变换法是一种更为常用的、比密度分层法更有效的伪彩色增强法。这种伪彩色处理技术可以将黑白灰度图像变为具有多种渐变的连续彩色图像，且实现简单。如附图说明图1根据色度学的原理，将原图像的同一灰度分段经过红、绿、蓝三种不同变换，而使三个变换器输出不同，变成三基色分量，然后用它们分别去控制彩色显示器的红、绿、蓝电子枪，便可以在彩色显示器的屏幕上合成一幅彩色图像。彩色的含量由变换函数的形状而定。典型的变换函数如图2所示，其中(a)、(b)、(c)分别为红、绿、蓝三种变换函数，而图中(d)是把三种变换画在同一张图上以便看清相互间的关系。由图2中(d)可见，只有在灰度为零时呈蓝色，灰度为L/2时呈绿色，灰度为L时呈红色，灰度为其它值时将由三基色混合成不同的色调。尽管数字图像处理方法有图像信息量大、图像信息理论与通信理论密切相关、图像处理技术综合性强等优点，但是这些方法都仅仅根据灰度级别信息进行编码，没有突出图像的边缘区域，因此他们只适用于256级以下的灰度图像。对高于256级灰度的高分辨率图像来说，只能先将灰度级压缩影射为256级灰度，然后再进行编码，但压缩影射相当于降低了处理图像的灰度分辨率。也就是说在对高分辨率的灰度图像进行伪彩色处理时就会产生色彩灵敏度不高，色彩层次不够分明等缺点。而且这两种方法缺乏灵活性，灰度级一旦确定，其对应的颜色也就确定了，这就导致一幅灰度图像仅对应唯一的伪彩色图像。另一类伪彩色方法为传统的光学方法。例如，半色调屏法、对比度反转法、利用氯化银乳胶光致二向色性实现密度假彩色编码、位相光栅编码法等。其中位相光栅编码法所需设备较简单，处理步骤也不复杂。它是利用矩形光栅对欲处理的灰度图像进行编码记录， 再做漂白处理，使图像上不同的密度信息转化成相位信息，做成一个包含有灰度图像信息的全息光栅，最后将此相位光栅放在白光信息处理系统中进行白光滤波解调处理，便可在输出面上得到伪彩色图像。实验中，物函数(原灰度图像)的光强分布决定着编码片的衍射特性，当照明和观测条件一定时，唯一决定了输出图像的颜色和亮度。其处理后的图片颜色鲜艳，光能利用率较高，因此很受重视。这种方法分预处理及滤波两步进行。在预处理阶段，待处理的黑白透明片成像于胶片上，而胶片前有一光栅与之紧密贴合，显影处理后，再把此编码片漂白，从而形成位相编码片。把此位相编码片置于白光处理系统的输入面上，在频谱上只让零级或1级通过，则在输出面上形成假彩色图像。光学处理方法具有设备简单、成本低，且处理的容量大、色彩丰富鲜明的优点。但因需要化学处理，其过程复杂耗时，不能实时调制，给实际的应用带来了很大的局限性。
技术实现思路
本专利技术为解决数字图像伪彩色编码存在的对高分辨率的灰度图像进行伪彩色处理时色彩灵敏度不高，色彩层次不够分明，缺乏灵活性等缺点，提出新的一种对灰度图像信号进行数字化相位调制伪彩色化的编码方法，以数字图像处理技术为手段，达到纯光学方法处理的效果，亮度及色彩实时可调，能处理1到M位多种常见格式的灰度图像，得到的伪彩色图像比处理前的灰度图像轮廓更清晰，层次更鲜明，色彩更丰富，细节目标更容易辨认，具有较高的灰度灵敏度。本专利技术技术方案1、本专利技术提供的，根据傅里叶光学原理对位相光栅编码法进行数学建模(详细建模过程见后文)，采用找到的伪彩色图像强度与原始灰度图像灰度值之间的算子关系作为原始编码公式本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.相位调制数字图像伪彩色编码方法，其特征在于它包括以下步骤(1)根据傅里叶光学原理对位相光栅编码法进行数学建模，采用找到的伪彩色图像强度与原始灰度图像灰度值之间的算子关系作为原始编码公式2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，总是假定第( 步所述的白光光源中仅含有红、绿、蓝3种色光λΓ，Ag, λ b，输出面上的光强度则表示为这3种色光输出的非相干叠加I(D(i，j)) = I(D(i，j)，Ar)+I(D(i, j)，Ag)+I(D(i, j)，λ b)。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，针对红、绿、蓝三基色可以把波长λ分别定义成三个输入变量m_Red、m_Green, m_Blue，其值都在0-255之间变动，每个变量与灰度图像矩阵内...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏臻，赵思宁，邢志广，王茂榕，苌浩，赵彩敏，姜啸宇，钟声，陈恺，何沉，陈运，
申请(专利权)人：天津理工大学，
类型：发明
国别省市：