θ调制法空间假彩色编码实验

实验一实验一实验一实验一θθθθ调制法空间假彩色编调制法空间假彩色编调制法空间假彩色编调制法空间假彩色编码【实验目的】1．掌握θ调制法假彩色编码的原理．巩固和加深对光栅衍射基本理论的理解；2．掌握用θ调制法进行空间假彩色编码的方法，并作出相应的实验结果，加深对阿贝二次成像理论和空间频率滤波的理解，为今后学习其他假彩色编码方法打下基础。3．了解用计算机胶片输出简单的二维θ调制片的制作原理。【实验光路】图1-1【实验原理】Ө调法假彩色编码是阿贝二次衍射成像理论的一种巧妙的应用。它是先用不同的光栅分别调制图像的不同部分，制成Ө调制片（或称光栅调制片），然后将其置于4f系统的输入面上，并用白光照明。在频谱面上进行适当的空间滤波处理，便可在输出面上得到假彩色图像。在一透镜前方放置一块栅线平行等距的光栅，当用一束单色平行光垂直照明时，在透镜的后焦面（即频谱面）上会形成光栅衍射的离散频谱点，其排列方向垂直于光栅栅线的方向。如果有一个二维图像，其不同部位受到方向不同的光栅的调制，则频谱面上频谱点的分布也对应于不同的方向。若挡住任一方向的频谱点，则与其对应的那部分图像就会消失。可见，输入图像中的各个部分的频谱，只存在于调制光栅的频谱点附近，这显然是由于各部分图像频谱与其对应的调制光栅的频谱卷积的结果。如果用白光光源照明Ө调制片，则在频谱面上得到色散的彩色谱斑。每个彩色谱斑的颜色分布都是从外向内按照红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫的顺序变化。这种现象是易于理解的，因为光栅衍射角的大小与入射角的波长有关。红光的波长最长，故衍射角最大，分布在最外；而紫光的波长最短，故衍射角最小，分布在最里。如果在频谱面上放置一个空间滤波器，让不同方位的谱斑通过不同的颜色，则在像面上可以得到彩色像。由于这种方法是利用不同方位的光栅（彼此转动了θ角）对图像进行调制，因此称其为θ调制技术。又因为它是将图像中不同空间部位编上不同的颜色，故又称空间假彩色编码。θ调制空间假彩色编码就是通过θ调制的处理手段，“提取”白光中所包含的彩色，再“赋予”图像而形成的。Ө调制透明片的制备：物的样品为圆形内一个五角星，物品的五角星内为竖直光栅，圆圈内其余部分为水平光栅；且透明片可以采用16lp/mm~20lp/mm的光栅制作的。其制备没有采用传统的曝光法，而是采用激光胶片照排机打印在胶片上的形式，可以方便的制作不同的物品图样，然后叠加不同角度的光栅。下面我们就上述原理进行物理与数学描述;以4f系统和正弦光栅调制为例，如图1-2图所示，信号11(,)txy置于输入平面1P上，在其后紧贴一正弦光栅，后者的振幅频率为：1111111(,)(,)[cos(2)]22fxytxyxπν=+（1-1）图1-2白光处理系统式中，ν是光栅频率。在单位振幅的准直白光照射下，光栅后表面上的复振幅分布为：1111111(,)(,)[cos(2)]22fxytxyxπν=[phone](,)[1]222ixixtxyeeπνπν−=++（1-2）在频谱面上的空间频谱分布为：111(,)(,)*[(,)(,)(,)]222xyxyxyxyxyFffTffffffffδδνδν=+−++111(,)(,)(,)244xyxyxyTffTffTffνν=+−++（1-3）将2/xfxfλ=，2/yfyfλ=代入上式，得：22222222111(,)(,)(,)(,)244xyxyxyxyFTTTffffffffννλλλλλλλλ=+−++（1-4）式中，第一项代表物的零级频谱，第二、三项分别是物的1±级谱带，每一个谱带中心位于2xfλν=±处，色彩呈彩虹。各个波长的零级物谱中心位置都是相同的。间隔为21λλλ∆=−的两种色光，其±1级谱的中级谱的中心在2x轴上的偏移量为2xfλν∆=∆。设物的空间频带宽度为Wt，则其在2x轴上的空间宽度为txWtfλ∆=；而不同波长物频谱能够分离的条件是2txx∆∆，由此求得：Wtλνλ∆（1-5）式中，λ为平均波长。显然，只要光栅频率ν远大于物频的带宽Wt，就可以忽略各波长频谱间的重叠，从而可以在频谱面上对一系列取离散值得波长，像相干处理系统那样进行滤波操作。【实验步骤】1.图中S为白光光源，经CL准直后获得平行光。首先，将制得的θ调制片置入系统输入面1P上，P2是频谱面，在输出面3P放置毛玻璃观察，如果光路调整正确，将在毛玻璃上呈现出清晰的像。然后在频谱面上放一张不透光的白纸屏，可以看到其上有2组彩色谱点。根据预想的各部分图案所需要的颜色，用大头针扎小孔，在物品一五角星对应的一组谱点中，让这组频谱的红色通过，在圆形对应得一组谱点中，让绿色通过。再在输出平面3P上观看经编码得到的假彩色像。同理，在物品二五角星对应的一组谱点中，让这组频谱的绿色通过，在正方形对应得一组谱点中，让红色通过。再在输出平面3P上观看经编码得到的假彩色像。显然，假彩色像的颜色可以通过在频谱面上不同颜色对应的谱点部分扎孔来实现，并任意调色。2、θ调制片的制作（选作）：用计算机提供的画图板程序或photoshop程序画图。根据θ调制片的制作要求，选取适当的画面大小1000像素*1000像素，画出一个周期内黑条纹为2像素，白条纹为2像素的单频光栅，并用BMP格式在其内绘制圆型内切一个五角星，一个为五角星内为竖直光栅，圆内其余部分为水平光栅；另一个为五角星内为水平光栅，圆内其余部分为竖直光栅。用激光照排机进行出图，选用dpi分别为1000和2000进行处理，得到约10lp/mm的光栅和20lp/mm的光栅。图1-3，1-4分别为计算机生成物品二和物品一的图形。图1-3物品二图形图1-4物品一图形【思考题】1、用白光照明观察彩色像时，大部分光能是向四周辐射损失掉了，光能利用率低，有什么解决方法？2、在实验过程中，输出像出现颜色不纯现象，主要是什么原因？3、由于胶片制作的分辨率限制，画面大小1000像素*1000像素，一个周期内黑条纹为1像素，白条纹为1像素的单频光栅如果打印机分辨率最高为2400dpi，问所制作的光栅是多少lp/mm?4、制作口调制片时，干板的转角能否大于l80。?各角度如何安排较好?