空间假彩色编码的频谱分析及实现

　　引　　言

　　在白光光学处理系统中,一般采用宽谱带白光源,用微小的光源尺寸可以提高空间相干性,在输入平面上引入光栅来提高时间相干性,这样既不存在相干噪声,又保留了相干光学处理系统对复振幅进行运算的能力,运算非常灵活。由于采用宽频带光源,特别适合于处理彩色图像。

　　假彩色编码是在阿贝成像原理基础上进行的分光滤波,其内容是:用不同方向的光栅对图片的不同部位进行调制(编码),在白光照明下,经过特殊滤波器,可得到彩色图片。

　　2　假彩色编码的算法研究

　　若有一张包含有草地和天空两部分的二维θ调制物片,分别用水平和竖直方向正弦光栅对图片的草地和天空进行调制。将这一水平和竖直方向复振幅通过率分别为　t1(x1,y1)和tp(x1,y1)的θ调制物片放入白光处理系统的物面上,则其复振幅分布为:

　　其中,p为傅氏透镜到频谱面的距离。由上述方程可见,第一项和第二项为零级频谱,而且不同波长的零级频谱中心位置相同;其它四项为沿x2和y2轴方向的±1级信号的谱带,每个谱带中心分别在x2=±λpε0、y2=±λpη0处,色彩为彩虹颜色。由于空间滤波只有在沿着垂直于颜色色散的方向上才有效,如果在频谱面x2轴上放置蓝色空间滤波器H1(y2/λp),仅让蓝色光谱通过;在频谱面y2轴上放置绿色空间滤波器H2(x2/λp),仅让绿色光谱通过。于是,经过滤波后谱函数可以写为:

　　式中:Δλb和Δλg是信号的蓝色及绿色的光谱宽度;h1及h2分别是H1和H2的逆傅立叶变换,tbp和tg1分别是Tbp和Tg1的逆傅立叶变换。上式表明,两个非相干像在输出平面上合成彩色编码像,像面上得到绿色草地,蓝色天空的图像。

　　同样道理,如果作θ调制片用的光栅图案是由三块以上不同取向的光栅制成,则白光通过这个图案后,将产生数条不同取向的彩色光谱,每一条彩色光谱对应于图案上的一部分。对于图案的不同部分截面不同的彩色,则可形成图像的彩色编码像。

　　3　仪器装置

　　空间假彩色编码仪的光学系统是二维傅立叶变换的信息处理系统,其性能对空间频谱的影响很大,本仪器光路设计的原则是操作方便,缩短长度,优化性能。仪器的光路原理如图1所示。

　　本仪器是一种演示仪,要求体积小,重量轻。为此这里经过反复实验,决定采用折迭式的白光光路。白光光源采用大功率的卤钨灯;滤波器的作用是滤除杂散光,保证谱像清晰,便于观察,特别注意光学系统是精密的机械系统,为了准确定位通常要配置复杂的调节机构,本仪器采用自行研制的针孔滤波器,定位精度20μm,滤波效果很好,频谱和图像均很清晰;θ调制片要放在傅氏透镜附近,经傅氏透镜进行傅立叶变换后,在成像透镜的作用下得到清晰的假彩色编码图像。为了保证频谱和像的质量,本仪器要求傅氏透镜光学性能要好,孔径大于6cm,要求成像透镜的孔径大于15cm。