θ调制与伪彩色编码实验

实训报告题目：θ调制与伪彩色编码实验θ调制与伪彩色编码实验实验目的1.掌握用θ调制法进行空间假彩色编码的方法，并做出相应的实验结果，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。2.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；3.巩固和加深对光栅衍射基本理论的理解；获得假彩色编码图像。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。对于一幅图像的不同区域分别用取向不同(方位角θ不同)的光栅预先进行调制，经多次曝光和显影、定影等处理后制成透明胶片，并将其放人光学信息处理系统中的输入面，用白光照明，则在其频谱面上，不同方位的频谱均呈彩虹颜色。如果在频谱面上开一些小孔，则在不同的方位角上，小孔可选取不同颜色的谱，最后在信息处理系统的输出面上便得到所需的彩色图像。由于这种编码方法是利用不同方位的光栅对图像不同空间部位进行调制来实现的，故称为θ调制空间假彩色编码。具体编码过程如下：物的样品如图1所示。若要使其中草地、天安门和天空3个区域呈现3种不同的颜色，则可在同一胶片上曝光3次，每次只曝光其中一个区域(其他区域被挡住)，并在其上覆盖某取向的光栅，3次曝光分别取3个不同取向的光栅，如图中线条所示。将这样获得的调制片经显影、定影处理后，置于光学信息处理的输入平面。用白光平行光照明，并进行适当的空间滤波处理。图1被调制物示意图由于物被不同取向的光栅所调制，所以在频谱面上得到的将是取向不同的带状谱(均与其光栅栅线垂直)，物的3个不同区域的信息分布在3个不同的方向上，互不干扰，当用白光照明时，各级频谱呈现出的是色散的彩带，由中心向外按波长从短到长的顺序排列。在频谱面上选用一个带通滤波器，实际是一个被穿了孔的光屏或不透明纸。本实验所用的物是一个空间频率为100/mm的正弦光栅，并把它剪裁拼接成一定图案，如图1（a）中的天安门图案。其中天安门用条纹竖直的光栅制作。天空用条纹左倾60度的光栅，地面用条纹右倾60度的光栅制作。因此在频谱面上得到的是三个取向不同的正弦光栅的衍射斑，如图1（b）所示。由于用白光照明和光栅的色散作用，除0级保持为白色外，正负1级衍射斑展开为彩色带，蓝色靠近中心，红色在外。在0级斑点位置、条纹竖直的光栅正负1级衍射带的红色部分、条纹左倾光栅正负1级衍射带的蓝色部分以及条纹右倾光栅正负1级衍射带的绿色部分分别打孔进行空间滤波。然后在像平面上将得到蓝色天空下，绿色草地上的红色天安门图案，如图1（c）。因此，在代表草地、天安门和天空信息左斜和水平方向和右倾方向的频谱带上分别在红色、绿色和黄色位置打孔，使这3种颜色的谱通过，其余颜色的谱均被挡住，则在系统的输出面就会得到绿地、蓝天和红色天安门效果的彩色图像。很明显，θ调制空间假彩色编码就是通过θ调制处理手段，“提取”白光中所包含的彩色，再“赋予”图像而形成的。实习安排8月29日周一：透镜焦距测量实验；8月30日周二：菲涅尔衍射实验，马吕斯定律验证实验；8月31日周三：θ调制与伪彩色编码实验，彩色数字编码实验与光学解码图像还原实验；9月1日周四：典型图案的傅里叶变换实验，阿贝成像与空间滤波实验；9月2日周五：；分辨力板直读法测量光学系统分辨率实验，利用变频朗奇光栅测量光学系统MTF值实验，基于线扩散函数测量光学系统MTF值9月7日周三：演示效果、整理报告，答辩。实验仪器LED白光光源、三维光栅、白屏、θ滤波板实验步骤（含注意事项）1.根据“调制空间假色彩编码实验”实验装配图安装所有的器件。图2调制空间假色彩编码实验原理示意图2.调整个器件高度，使LED光源、可变光阑、准直透镜、天安门光栅、双凸透镜、滤波版、白屏处于同一水平高度（同轴等高）。3.调整LED光源与方向，使其射出的光沿导轨方向。4.调整准直透镜与LED光源之间的距离，使用白屏观察准直后的光斑，使光斑在近处和远处直径大致相等（即使出射光线为平行光）。可将白屏移动到较远处测量光斑直径基本等于正透镜直径40mm光线基本准直。5.插入倒置的天安门光栅，使得可以在白屏上看见无色的天安门像。6.调整双凸透镜位置，做傅里叶变换。调节天安门光栅位置和白屏在一倍二倍焦距之间，直至能在白屏上看到清晰的无色天安门像。7.用白纸找到双凸透镜焦点位置，在交点处出现7个焦点，中心圆、0°、45°、135°位置上出现彩红条纹并且波长短的在内侧。将滤波版调整到双凸透镜的焦点位置上，使中心圆点处正好被滤波板遮挡且除中心圆点外的不同方向的彩红条纹焦点正好分别进入滤波板上的六条色彩条纹上不同方向的狭缝上，通过白屏一侧观察，得焦点分别打到六条色彩条纹上，观察滤波后的天安门光栅像的变化。实验结果调整完成后在白屏上出现清晰的天安门图像：红楼，蓝天，绿地。图3最后成像的天安门图提出问题1.出现的图像颜色没有对上，出现红地绿天。2.出现的天安门图像有比较大的黑斑。3.图像亮度不足或者太亮导致图像不是很清晰。解决方案继续查阅有关θ调制与伪彩色编码实验的原理和方法。并仔细检查光路。确认无误后。1.问题1出现的图像颜色没有对上，出现红地绿天。原因：三维光栅取向错误。解决方法：调滤波板正反使天安门颜色正确对应。2.问题2出现的天安门图像有比较大的黑斑。原因：白光通过正透镜后没有形成平行光。解决方法：调节正透镜位置，因为透镜的直径为40mm且出射光为平行光所以可把白屏移到稍远处调节光斑大小，正好等于透镜直径40mm时光线基本为平行光。在前后移动透镜与白板找到最满意的平行光。3.问题3图像亮度不足或者太亮导致图像不是很清晰。原因：光源盖上遮光罩光强太强，取下遮光罩光强太强。解决方法：可在取下遮光罩的光源后加一个可变光阑调节到合适大小光圈与光源亮度。使强度适当的光通过。查阅资料[1]徐志洁，宁日波等.大学物理实验.高等教育出版社,2008:150[2]苏显渝等.信息光学.科技出版社，2011p197-213[3]将晓瑜，高允稚，周立伟.基十假彩色的多重图像融合[J].北京理工大学学报.1997,17.5:645-649.[4]彭真明，雍杨，杨先明.光电图像处理及应用[M].成都:电子科技大学出版社，2008:11-26.