基于雙光柵成像的RGB模型色彩還原效果的研究

曾育鋒，謝春勇，沈美鈺，陳殷玨，梁浩賢

(華南師范大學，廣東 廣州　510006)

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基于雙光柵成像的RGB模型色彩還原效果的研究

曾育鋒，謝春勇，沈美鈺，陳殷玨，梁浩賢

(華南師范大學，廣東 廣州510006)

摘 要：基于雙光柵衍射成像的實驗方案，利用雙光柵的色散和匯合光譜效應特性，用電腦攝像頭拍攝作為物體的RGB模型，得到了RGB顏色模型的像。利用Photo shop軟件將RGB顏色模型和得到的像進行顏色通道分離，再進行數(shù)據(jù)化分析處理，探究雙光柵的RGB色彩模型色彩還原情況以及不同光柵組合對RGB顏色模型的色彩還原效果的影響。

關鍵詞：雙光柵衍射成像；匯合光譜；RGB模型；色彩還原度比較

廣西大學張衛(wèi)平教授研制了雙光柵衍射成像系統(tǒng)，通過調節(jié)光柵的距離和方向，便可以在系統(tǒng)上實現(xiàn)雙光柵衍射成像效應，實現(xiàn)“隔屏觀物”[1-5]。然而，目前文獻關于雙光柵衍射成像的相關理論分析大多數(shù)都是站在光學的角度研究其成像原理及光能量大小，較少分析從匯合光束中得到的可觀察原物體圖像的色彩誤差[6-9]。本文就是以雙光柵衍射成像系統(tǒng)為研究對象，重點研究該系統(tǒng)成像過程中顏色信息傳遞的特點，探究不同光柵組合的成像效果。

1雙光柵

根據(jù)光路的可逆原理，如果色散的光逆向返回，那么光柵就可以起到消色散的作用，即光柵匯合光譜特性，它與光柵的色散特性正好相反。雙光柵衍射成像是分別利用兩光柵的色散性質與匯合光譜性質獲得的一個新穎的衍射光學現(xiàn)象:物光波先經過一光柵的色散再經另一光柵的匯合光譜作用后重新形成清晰的物體虛象，從而可實現(xiàn)隔著障礙物看清前方物體，即“隔屏觀物”。雙光柵衍射成像光路如圖1所示。

本文利用雙光柵衍射成像原理，用攝像頭拍攝不同的雙光柵組合的衍射形成的物體虛像與原物圖像，利用Photo shop軟件將RGB顏色模型和得到的像進行顏色通道分離，進行數(shù)據(jù)化分析處理，探究雙光柵的RGB色彩模型色彩還原情況以及不同光柵組合對RGB顏色模型的色彩還原效果的影響[10-12]。

2實驗系統(tǒng)

雙光柵色彩還原度的測量主要是包括機械部分、光學系統(tǒng)、計算機圖像處理系統(tǒng)。如圖2所示為雙光柵RGB模型示意圖。

3雙光柵成像色彩還原度測量原理

雙光柵衍射成像是分別利用兩光柵的色散性質與匯合光譜性質獲得的一個新穎的衍射光學現(xiàn)象:物光波先經過一光柵的色散再經另一光柵的匯合光譜作用后重新形成清晰的物體虛象。經過雙光柵匯聚的是一束白光，虛像是跟物體的信息一樣，應為100%還原，但實際中并未全部還原。還有不同光柵組合對RGB色彩模型的還原情況不一樣。

本文通過區(qū)域的RGB三原色的直方圖和數(shù)據(jù)進行分析。選擇圖像中的某個矩形區(qū)域或橢圓區(qū)域，photo shop可以分析該區(qū)域的顏色分布情況，得出該區(qū)域的RGB三者占的比重。根據(jù)區(qū)域的顏色選擇相對應的顏色通道，在RGB的通道中越靠近右邊表示該區(qū)域的這個顏色占的比重越大。同時可以根據(jù)“平均值”這個數(shù)據(jù)將區(qū)域的顏色量化。例如紅色通道的平均值反應的是這個區(qū)域里面紅色的比例，數(shù)值為0到255。通過分析原物與成像相同位置的平均值，可以判定這個區(qū)域的成像與原物的顏色還原度為多少。

4實驗數(shù)據(jù)

根據(jù)色彩還原度的測量原理，本文對多種不同規(guī)格的光柵組合進行了測試。如300+100的光柵組合，測試數(shù)據(jù)如下。

通過對一系列不同規(guī)格的光柵組合進行測試，得到如圖3所示的不同組合的光柵色彩還原度比較圖。

5結論

從實驗數(shù)據(jù)分析表明：1、500+100光柵組合和600+300光柵組合的物體RGB色彩信息還原度最好，達到了90%以上；2、1000+100光柵組合德爾物體RGB色彩信息還原度最差，僅有10%；3、各種光柵組合中，紅色的還原度相對較高，綠色和藍色的還原度接近。

參考文獻：

[1]李柯南,李翔,周進.雙光柵衍射在成像中色散與合成的實驗研究[J].物理實驗,2012,32(7):40-42,46.

[2]萬玲玉,張衛(wèi)平,楊慶怡,等.基于雙光柵衍射成像效應的光柵實驗探討[J].實驗技術與管理,2009,26(10):27-29,31.

[3]張衛(wèi)平,何小榮.光柵的匯合光譜特性與雙光柵成像效應[J].中國科學G輯，2006,36(5):556-560.

[4]張衛(wèi)平,陳茂鑫,何小榮,萬玲玉,沈曉明,黎彤.衍射成像實驗儀及其使用[A].中國光學學會,2006:2.

[5]馬雪梅,張衛(wèi)平,等.基于光柵衍射的試驗分析[J].大學物理實驗,2010,23(4):34-36

[6]何小榮,張衛(wèi)平.用菲涅爾衍射理論分析雙光柵成像效應[J].光學學報，2007,27(8):1371-1376.

[7]何小榮,張衛(wèi)平,陳茂鑫.平面透射光柵的菲涅耳衍射[J].大學物理,2007,26(2):14.

[8]殷可為.衍射光學系統(tǒng)雜散光研究[D].中國科學院研究生院(光電技術研究所),2014.

[9]劉云.有限寬雙光柵成像效應的分析與應用[J].應用光學,2014,04:632-637.

[10] 黃萌,張衛(wèi)平.基于雙光柵衍射成像顏色信息傳遞特點的研究[J].科技視界,2014,34:28-29.

[11] 廖宗勐,張衛(wèi)平.雙光柵色散-匯合光譜成像效應的計算機模擬與實現(xiàn)[J].實驗科學與技術,2014,01:6-9.

[12] 陳舉,萬玲玉,張衛(wèi)平,孫壽強.雙光柵衍射消色散成像實驗圖像的處理[J].物理實驗,2013,10:13-17.

[13] 周麗，王美娜.“激光多普勒效應測微振動”實驗改進探析[J].大學物理實驗，2015，28(4)：18-20.

Research on Color Reduction Effect of RGB Model Based on Double Grating

ZENG Yu-feng,XIE Chun-yong,SHEN Mei-yu,CHEN Yin-jue,LIANG Hao-xian

(South China Normal University,Guangdong Guangzhou 510006)

Key words：double grating diffraction imaging；convergence spectrum；color blending mode；comparison of color appearance

Abstract：Experimental scheme based on double grating diffraction imaging,using double grating dispersion and converging effect of spectral properties,computer camera shooting as the RGB model of the object,as the RGB color model.The photo shop software RGB color model and get the image color channel separation,data processing and analysis,explore double grating RGB color model for color reduction and gratings with different combinations of the RGB color model to restore the effect of color.

收稿日期：2016-03-03

文章編號：1007-2934(2016)03-0047-03

中圖分類號：O 4-39

文獻標志碼：A

DOI：10.14139/j.cnki.cn22-1228.2016.003.014