光學(xué)圖像信息處理技術(shù)仿真分析

劉紅，鄧嘉宏

（1.云南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)械工程系；2.云南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院校企辦，云南 昆明 650203）

對(duì)于光學(xué)信息圖像的信息處理技術(shù)，在通常情況下，可以分為白光信息處理和相干光信息處理，前者主要指的是采用微小光源尺寸，將空間的相干性進(jìn)行全面提升，并在空間輸入面上，適當(dāng)對(duì)光柵進(jìn)行引入，從而提升時(shí)間相干性，同時(shí)還能在一定范圍內(nèi)，對(duì)圖像的相干光信息處理特點(diǎn)。后者在圖像信息處理的工作中，需憑借光學(xué)頻譜作為分析基礎(chǔ)，然后再與空間濾波技術(shù)與傅里葉綜合技術(shù)相結(jié)合，對(duì)光學(xué)信息技術(shù)進(jìn)行全面分析，在現(xiàn)階段的使用中，這項(xiàng)技術(shù)主要運(yùn)用在對(duì)圖片邊緣的提升、影像識(shí)別和復(fù)原等工作。由于這兩種技術(shù)在使用方面，采用了不同的光源，因此對(duì)于圖像信息的處理技術(shù)也會(huì)有所不同，但是在本質(zhì)工作中，卻有著相同之處，通常情況都有利于光學(xué)圖像信息基礎(chǔ)的仿真研究。

1 光學(xué)圖像信息處理的發(fā)展現(xiàn)狀

自伽利略發(fā)明了望遠(yuǎn)鏡以來，光學(xué)體系基本上都充當(dāng)著成像工具的作用，到了20世紀(jì)60年代，阿內(nèi)在相襯煙味觀察純位相物體實(shí)驗(yàn)的成功，才讓人們更進(jìn)一步的了解到了光學(xué)在整體圖像處理工作中有效運(yùn)用。例如：在孔徑雷達(dá)對(duì)信號(hào)的處理工作中，就是采用了光學(xué)圖像信息處理技術(shù)，從而先將圖像轉(zhuǎn)換成信號(hào)傳遞給地球，然后再將信號(hào)轉(zhuǎn)化成圖像的形傳達(dá)給人們，供人們了解。在1964年，Vander Lugt突出采用籌集全息的方式，制作了匹配空間濾波器，自此之后，光學(xué)圖像信息處理技術(shù)就成為了光學(xué)信息處理研究熱點(diǎn)，主要工作原理是通過光學(xué)相關(guān)運(yùn)算技術(shù)，目標(biāo)物體進(jìn)行識(shí)別，同時(shí)在實(shí)際運(yùn)作中，還具備了信息容量大、運(yùn)算速度快等特點(diǎn)，尤其是在二維傅里葉變換和函數(shù)的卷積運(yùn)算，效果尤為顯著。此外，這項(xiàng)技術(shù)還能夠代替人們?nèi)プ鲆恍┛菰锓ξ兜墓ぷ?，例如人臉識(shí)別、指紋錄取和自動(dòng)簽名等。

2 光學(xué)圖像信息處理技術(shù)仿真的意義

隨著人們對(duì)這項(xiàng)技術(shù)的不斷改進(jìn)，姜美花、蘇顯渝等人在前人研究基礎(chǔ)上，提出了三維物體識(shí)別，主要通過正弦光場(chǎng)投影到物體表面的形式來實(shí)現(xiàn)。同時(shí)Alam等人還提出了使用條紋調(diào)制濾波器乘以聯(lián)合功率譜之后，產(chǎn)生了傅里葉轉(zhuǎn)換，形成相關(guān)圖像輸出。Feng等人也以此為前提，提出了振幅調(diào)制濾波技術(shù)。而在不久之后，孫鶴泉等人在Hartley交換的基礎(chǔ)上，提出了與傅里葉變換積分相似的轉(zhuǎn)換方面。官玖同時(shí)還提出了運(yùn)用相移技術(shù)，對(duì)園諧展開了聯(lián)合變換的相關(guān)方式，這樣的方法不僅具備了旋轉(zhuǎn)不變的特性，并且還能在圖像的識(shí)別功能上，表現(xiàn)出優(yōu)良的性質(zhì)。但是這項(xiàng)技術(shù)的抗噪性不全面，當(dāng)處于噪音環(huán)境下，光能效率就會(huì)明顯衰減，同時(shí)影響到旋轉(zhuǎn)不變性。

3 光學(xué)圖像信息處理技術(shù)的應(yīng)用

（1）圖像邊緣加強(qiáng)。對(duì)于圖像邊緣的增強(qiáng)，可以有效提升人們對(duì)圖像的識(shí)別能力，更進(jìn)一步了解到圖像所要表達(dá)的真實(shí)信息，這項(xiàng)圖像信息處理技術(shù)在現(xiàn)階段被充分運(yùn)用到了醫(yī)學(xué)診斷、航空航天以及軍事偵查等領(lǐng)域中。此外，圖像邊緣增強(qiáng)技術(shù)同時(shí)還是對(duì)圖像的分割、圖像紋理分割以及圖像自身特征分析工作的前體條件和基礎(chǔ)工作。此外，對(duì)于圖像邊緣的增強(qiáng)方式，也具備著多樣性，現(xiàn)階段所采用的主要是頻域?yàn)V波、光柵光學(xué)微分、光學(xué)小波轉(zhuǎn)換以及激光散斑離焦等方法，對(duì)圖像邊緣實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)。

（2）圖像增減。這項(xiàng)技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用過程中，主要是為了監(jiān)測(cè)兩組相似圖片中出現(xiàn)的差異性，從而使人們明確自身所研究事物之間存在的變化規(guī)律。不僅對(duì)病理的變化、工件加工檢測(cè)等領(lǐng)域有著重要作用，同時(shí)還可以幫助人們了解大陸變遷、自然災(zāi)害等。而相干光學(xué)圖像出現(xiàn)相減的時(shí)候，主要技術(shù)方法為全息法、光柵法以及散斑法等。這些技術(shù)都能夠讓人們對(duì)圖像信息處理具備全面的了解，從而在進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)時(shí)，將實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行不斷完善，素材不斷更新，保障實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以更具真實(shí)性和說服力。

（3）圖像識(shí)別。圖像識(shí)別是用來對(duì)圖像中所要表達(dá)的信息、效果進(jìn)行識(shí)別，從而獲得特定的圖像信息，這一技術(shù)在實(shí)際生活中的運(yùn)用，主要體現(xiàn)在指紋系統(tǒng)以及人臉識(shí)別中，相干光學(xué)的圖像是識(shí)別技術(shù)，主要是利用了匹配濾波相關(guān)識(shí)別以及聯(lián)合轉(zhuǎn)換相關(guān)識(shí)別為主要方法實(shí)現(xiàn)的。因此能夠在實(shí)踐中準(zhǔn)確對(duì)圖像進(jìn)行識(shí)別，在安全性工作中，發(fā)揮著不可忽視的作用。

（4）反差技術(shù)調(diào)整。這項(xiàng)技術(shù)主要運(yùn)用在圖像出現(xiàn)過大或者過小的現(xiàn)象，從而對(duì)這一現(xiàn)象進(jìn)行調(diào)整，在反差調(diào)整技術(shù)的使用中，技術(shù)人員能夠在化學(xué)中對(duì)感光材料以及加工藥液進(jìn)行合理添加，從而實(shí)現(xiàn)這項(xiàng)技術(shù)。這樣一來，不僅能夠?qū)Ψ床钫{(diào)整技術(shù)進(jìn)行完善，還可以在仿真實(shí)驗(yàn)中采用相關(guān)掩膜技術(shù)，但是技術(shù)工作人員想要保證反差技術(shù)調(diào)整能夠全面實(shí)踐，首先就需要工作人員能夠?qū)π枰{(diào)整的圖像進(jìn)行反差測(cè)定，并且在確定膜片反差后，還必須要求技術(shù)人員在圖像加工過程中，加強(qiáng)對(duì)藥液以及影響感觀材料的使用，從而得到反差圖像。

（5）圖像恢復(fù)和假彩色編碼。圖像恢復(fù)技術(shù)指的是對(duì)一個(gè)被人們所知曉的線性空間不變點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)模型的圖像，這一圖像出現(xiàn)模糊，有著許多原因，例如：第一點(diǎn)，在圖片形成的過程中，圖片成形技術(shù)差；第二點(diǎn)，所需圖像的內(nèi)容運(yùn)行與底片出現(xiàn)一致性；第三點(diǎn)，圖片選取過程中，受到了大氣等因素的直接影響等。此外，這項(xiàng)系統(tǒng)的整體分析，可以直接歸結(jié)為系統(tǒng)傳遞函數(shù)出現(xiàn)了缺陷。對(duì)于圖像恢復(fù)，通常情況下所采用的主要是逆濾波或者是解卷積。例如：人眼對(duì)于黑白圖像的灰度變化，一般而言最多只能分辨出15～20個(gè)等級(jí)，但是如果圖像是彩色的情況，就能夠直接提升幾百個(gè)等級(jí)對(duì)圖像進(jìn)行分辨，所以技術(shù)人員就需要針對(duì)黑白圖像進(jìn)行彩色轉(zhuǎn)化，并保證轉(zhuǎn)化之后的彩色圖像，能夠表現(xiàn)出更加鮮明的特征，以便圖像能夠與當(dāng)前技術(shù)人員的處理工作和研究工作相適應(yīng)。對(duì)于假彩色編碼而言，指的就是技術(shù)人員采用編碼的方式，將黑白圖像轉(zhuǎn)化為不同彩色圖像的整體過程，在實(shí)際生活中，主要是運(yùn)用在對(duì)材料的分析工作、醫(yī)學(xué)診斷以及軍事識(shí)別等過程中，同時(shí)彩色編碼的整體結(jié)構(gòu)，主要采用了等密度加彩色編碼為主要內(nèi)容來實(shí)現(xiàn)。

4 彩色增強(qiáng)技術(shù)

（1）多光譜彩色合成。多光譜彩色圖像的合成工作，指的是將兩張或者兩張以上的不同波段影像進(jìn)行疊掩，從而將這些不同波段的影像合成為以一張彩色圖像的技術(shù)，主要包含了以下幾種形式：第一，合成儀器的合成。采用合成儀器對(duì)彩色圖像進(jìn)行合成，是通過多光譜彩色合成以完成彩色圖像合成技術(shù)，這項(xiàng)技術(shù)還可以分為加色法合成與減色法合成，前者是將技術(shù)人員通過同步的方法，對(duì)所獲取的不同波段黑白單色透明片按照先后順序，分別放在投影儀上，同時(shí)再將這些圖片配上顏色各異的濾光片，從而與投影的影像準(zhǔn)確與其重合，進(jìn)而得出的彩色圖像；第二，分層曝光彩色合成法。這種合成方法主要指的是在彩色放大機(jī)上，對(duì)紅、藍(lán)、綠多光譜負(fù)片分別配上相對(duì)應(yīng)的濾光片，并在之后的工作中，技術(shù)人員分三次對(duì)其進(jìn)行曝光，最終得到彩色圖片的方法。但是這項(xiàng)技術(shù)需要一定的專業(yè)性，需要技術(shù)人員在彩色圖像獲取中，保證三個(gè)不同濾光的影像，能夠保持統(tǒng)一重疊進(jìn)度，從而加強(qiáng)彩色圖像的合成精度；第三，染印法彩色合成。這項(xiàng)合成技術(shù)的要領(lǐng)主要是通過彩色減色法實(shí)現(xiàn)的，通過多光譜負(fù)片拷貝的方法，呈現(xiàn)出浮雕的整片，然后再利用黃、品、青三種染料，分別對(duì)其進(jìn)行染色，最后將染色后的圖像印在白紙上，完成對(duì)彩色圖像的合成。

（2）彩色密度分隔法。這項(xiàng)技術(shù)主要是靠彩色密度分析儀來實(shí)現(xiàn)的，而在實(shí)際的運(yùn)用過程中，將黑白影像的密度值，分別劃分成不同的等級(jí)，并且還能將這些等級(jí)用不同的顏色表示出來，從而得到假彩色密度分隔圖像，此外，分析儀還能直接統(tǒng)計(jì)出各個(gè)等級(jí)的色彩在圖像中所占據(jù)的相關(guān)百分比，為其他彩色圖像分隔提供依據(jù)。

5 光學(xué)圖像信息處理技術(shù)仿真的發(fā)展趨勢(shì)

在近幾年的發(fā)展過程中，光學(xué)圖像信息處理技術(shù)已經(jīng)與人們的實(shí)際生活緊密相連，并且對(duì)人們生活造成了一定的影響。例如：在交通系統(tǒng)的運(yùn)行過程中，儀器對(duì)汽車牌照的識(shí)別能力以及人臉識(shí)別功能就是采用了這樣的技術(shù)，因此也就體現(xiàn)出了這項(xiàng)技術(shù)在研究領(lǐng)域的發(fā)展前景。目前，人們?cè)谏钪?，?duì)于光學(xué)圖像信息處理技術(shù)的使用，主要體現(xiàn)在將攝影光學(xué)系統(tǒng)以及圖像傳送到計(jì)算機(jī)中，再根據(jù)計(jì)算機(jī)內(nèi)部的儲(chǔ)存系統(tǒng)，找出與之匹配的圖像信息進(jìn)行過濾，進(jìn)而找出需要進(jìn)行探測(cè)的目標(biāo)圖像。雖然這項(xiàng)技術(shù)在人們生活中廣泛運(yùn)用，但是由于計(jì)算機(jī)儲(chǔ)存量相對(duì)較大，也就直接影響到了對(duì)圖像的整體識(shí)別速度，并且在識(shí)別進(jìn)度上也不能體現(xiàn)出準(zhǔn)確性。為了完善計(jì)算機(jī)圖像識(shí)別技術(shù)，人們通過采用光學(xué)的方式對(duì)其進(jìn)行了不斷改進(jìn)，進(jìn)而使計(jì)算機(jī)克服了上述缺點(diǎn)，在保證了圖像質(zhì)量的同時(shí)，還能實(shí)現(xiàn)對(duì)圖像的快速識(shí)別，成為了人們所關(guān)注的重點(diǎn)技術(shù)。

6 結(jié)語

光學(xué)圖像信息技術(shù)運(yùn)用到實(shí)際生活和工作中，對(duì)于航天航空技術(shù)以及導(dǎo)盲等技術(shù)領(lǐng)域而言，有著廣泛的發(fā)展前景。

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