光學(xué)圖像信息處理技術(shù)仿真分析

褚子聿

湖北第二師范學(xué)院，湖北 武漢 430205

0 引言

圖像信息處理過(guò)程中，光學(xué)圖像信息處理技術(shù)的作用至關(guān)重要，該技術(shù)呈現(xiàn)出結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、處理高速的特征，與其他傳統(tǒng)性的圖像處理技術(shù)有著明顯的差異性。在使用該技術(shù)的過(guò)程中內(nèi)容上涵蓋了相干光圖像信息處理以及白光圖像信息處理，其中相干光圖像信息處理主要是指利用相干光源，采用光學(xué)頻譜進(jìn)行分析，同時(shí)利用空域、頻域進(jìn)行調(diào)制，最后憑借空間濾波技術(shù)展開對(duì)光學(xué)信息的處理。該技術(shù)在應(yīng)用上主要有圖像相減、復(fù)原、邊緣增強(qiáng)以及識(shí)別等[1]。與相干光學(xué)信息處理相比，白光圖像信息處理技術(shù)是通過(guò)白光光源來(lái)完成操作處理的，通過(guò)較小的光源提高空間相干性，同時(shí)將光柵引入輸入面上，以此提高時(shí)間的相干性。從某種程度來(lái)看，該技術(shù)是對(duì)相干光圖像信息處理技術(shù)的一種升級(jí)，較為常用的有黑白圖像假彩色編碼。這兩種圖像信息處理技術(shù)雖然在光源的利用上、圖像處理技術(shù)上存在區(qū)別，然而在核心技術(shù)上存在一致性，都是利用傅里葉處理系統(tǒng)，立足于頻域綜合技術(shù)來(lái)完成各種圖像信息處理的。該特點(diǎn)能夠推動(dòng)利用傅里葉系統(tǒng)對(duì)編程語(yǔ)言進(jìn)行更換，從而對(duì)諸多光學(xué)圖像信息處理技術(shù)展開仿真方面的分析。

1 光學(xué)圖像信息處理技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

自望遠(yuǎn)鏡問(wèn)世以來(lái)，成像大部分都是借助光學(xué)體系來(lái)完成的。20世紀(jì)60年代，在不斷的試驗(yàn)中獲得的成功使人們對(duì)整體的圖像處理工作中光學(xué)所產(chǎn)生的作用有了進(jìn)一步的了解。例如，孔徑雷達(dá)在對(duì)信號(hào)進(jìn)行相關(guān)處理的工作中，便是利用了光學(xué)圖像信息處理技術(shù)，該技術(shù)把圖像轉(zhuǎn)為信號(hào)數(shù)據(jù)的形式傳遞到地球上，在信號(hào)順利到達(dá)地球之后再將信號(hào)轉(zhuǎn)成最初的圖像形式呈現(xiàn)在人們的面前，便于人們了解所要傳達(dá)的相關(guān)信息[2]。之后，Vander Lugt在1964年通過(guò)籌集全息的方法，完成了匹配空間濾波器的制作，使整個(gè)光學(xué)信息處理領(lǐng)域光學(xué)圖像信息處理技術(shù)成為研究的重點(diǎn)方向。該系統(tǒng)是利用光學(xué)相關(guān)的運(yùn)算技術(shù)，識(shí)別所需要成像的目標(biāo)物體，在技術(shù)運(yùn)行過(guò)程中，擁有運(yùn)算速度快和信息容量大的優(yōu)點(diǎn)，特別是針對(duì)二維傅里葉變換以及函數(shù)的卷積運(yùn)算過(guò)程，有著明顯的效果[3]。最后，該技術(shù)在很大程度上減少了人們的工作負(fù)擔(dān)，如在日常工作中的人臉識(shí)別、自動(dòng)簽名以及指紋錄入中運(yùn)用得較為頻繁。

2 光學(xué)圖像信息處理技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)

光學(xué)圖像信息處理技術(shù)在不斷的發(fā)展過(guò)程中技術(shù)水平得到了很大的提升，給圖像的識(shí)別帶來(lái)了更可靠的技術(shù)支持，人們通過(guò)對(duì)該技術(shù)的運(yùn)用，能夠獲取更為清晰的信息數(shù)據(jù)，給各行各業(yè)的發(fā)展帶來(lái)了極大的便利。然而該技術(shù)在使用的過(guò)程中也存在一定的弊端，如無(wú)法對(duì)噪聲進(jìn)行全面的處理，一旦環(huán)境存在較大的噪聲，光能所具備的效率便會(huì)顯著降低，還會(huì)對(duì)物體的旋轉(zhuǎn)準(zhǔn)確性造成負(fù)面影響[4]。但從總體上來(lái)看，在光學(xué)圖像信息處理技術(shù)的使用上，優(yōu)點(diǎn)大于缺點(diǎn)，對(duì)仿真的分析有著良好的推動(dòng)作用。

3 光學(xué)圖像信息處理技術(shù)仿真的應(yīng)用

3.1 圖像邊緣加強(qiáng)

光學(xué)圖像信息處理技術(shù)在運(yùn)用的過(guò)程中能夠?qū)D像的邊緣進(jìn)行增強(qiáng)，能夠幫助人們加強(qiáng)對(duì)圖像的識(shí)別，從而全面掌握?qǐng)D像當(dāng)中所需要傳達(dá)的信息內(nèi)容。該技術(shù)憑借著邊緣加強(qiáng)的特征在醫(yī)學(xué)診斷、軍事偵察以及航空航天等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。與此同時(shí)，圖像邊緣增強(qiáng)技術(shù)能夠?qū)φ麄€(gè)圖像的內(nèi)容進(jìn)行切割，完成對(duì)圖像紋理的劃分，做好對(duì)圖像全部?jī)?nèi)容的分析[5]。此外，該技術(shù)在邊緣增強(qiáng)的形式上也呈現(xiàn)出多樣化特征，目前所使用的方法為頻域?yàn)V波、光學(xué)小波轉(zhuǎn)換、光柵光學(xué)微分以及激光散斑離焦的形式，實(shí)現(xiàn)對(duì)圖像邊緣的增強(qiáng)。

3.2 圖像增減

圖像增減技術(shù)的目的是對(duì)相似圖片當(dāng)中存在的區(qū)別進(jìn)行監(jiān)測(cè)和識(shí)別，幫助人們認(rèn)識(shí)研究?jī)?nèi)容當(dāng)中所具備的規(guī)律。該技術(shù)在醫(yī)學(xué)病理變化分析、工業(yè)零部件加工領(lǐng)域都具有很大的意義，同時(shí)能夠帶領(lǐng)人們找出和了解自然災(zāi)害和大陸變遷等方面的內(nèi)容[6]。在相干光學(xué)圖像存在相減的時(shí)候，

可以采用全息法、散斑法以及光柵法來(lái)進(jìn)行識(shí)別，這些技術(shù)可以幫助人們充分掌握?qǐng)D像信息處理的具體內(nèi)容，從而在仿真試驗(yàn)的過(guò)程中，完善試驗(yàn)的相關(guān)步驟，更新素材內(nèi)容，最終確保所獲取到的數(shù)據(jù)內(nèi)容更具精準(zhǔn)性。

3.3 圖像識(shí)別

圖像識(shí)別技術(shù)是指通過(guò)識(shí)別圖像中的信息和效果獲取相關(guān)的圖像信息，該技術(shù)在日常生活中的應(yīng)用較為廣泛，其中指紋系統(tǒng)、人臉識(shí)別都運(yùn)用到了該技術(shù)。相干光學(xué)的圖像便是識(shí)別技術(shù)，所采用的主要方法是通過(guò)運(yùn)用匹配濾波識(shí)別和聯(lián)合轉(zhuǎn)換識(shí)別來(lái)進(jìn)行的。因此，圖像識(shí)別可以對(duì)圖像展開精準(zhǔn)識(shí)別，在運(yùn)用的過(guò)程中對(duì)提升安全性具有至關(guān)重要的作用。

3.4 反差技術(shù)調(diào)整

反差技術(shù)調(diào)整主要是針對(duì)圖像存在大小偏差，利用這一技術(shù)對(duì)圖像進(jìn)行準(zhǔn)確性的調(diào)整，該技術(shù)在使用過(guò)程中可以幫助技術(shù)人員展開化學(xué)工作，實(shí)現(xiàn)對(duì)藥液和感光材料的科學(xué)添加。反差技術(shù)在使用過(guò)程中，一方面能夠提升自身技術(shù)的完善性，另一方面能夠在仿真試驗(yàn)當(dāng)中利用相關(guān)的掩膜技術(shù)[7]。然而，作為技術(shù)操作者要想確保反差技術(shù)在實(shí)踐中獲得更好的反響，需要技術(shù)人員針對(duì)所需要調(diào)整的圖像展開反差測(cè)定，同時(shí)當(dāng)膜片反差得到確定之后，需要技術(shù)人員在整個(gè)圖像加工當(dāng)中進(jìn)行藥液和影響感觀材料的合理使用，最終形成反差的圖像。

3.5 圖像恢復(fù)和假彩色編碼

人們常見的線性空間保持不變點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)模型圖像是圖像恢復(fù)技術(shù)，該圖像存在模糊現(xiàn)象是由多方面因素造成的。與此同時(shí)，對(duì)圖像恢復(fù)系統(tǒng)的分析能夠?qū)⑵涠x為系統(tǒng)在傳遞函數(shù)的過(guò)程中存在缺陷問(wèn)題?；謴?fù)圖像一般是通過(guò)逆濾波和解卷積的方法來(lái)完成。例如，人們通過(guò)人眼只能對(duì)15～20個(gè)黑白圖像的灰度進(jìn)行辨別，然而假設(shè)圖像是彩色的，便能夠在分辨的過(guò)程中提升幾百個(gè)等級(jí)。因此，相關(guān)技術(shù)人員可以先對(duì)圖像的色彩進(jìn)行轉(zhuǎn)換，將黑白轉(zhuǎn)為彩色，同時(shí)確保轉(zhuǎn)換后所獲取到的彩色圖像具備鮮明的特點(diǎn)，確保圖像能夠?yàn)榧夹g(shù)人員后期處理工作所使用。此外，假彩色編碼便是技術(shù)操作者通過(guò)編碼的方法將圖像的黑白色彩向彩色進(jìn)行轉(zhuǎn)換的一個(gè)過(guò)程[8]。在日常生活當(dāng)中，通常運(yùn)用較多的領(lǐng)域?yàn)獒t(yī)學(xué)診斷、軍事資料的識(shí)別等，從彩色編碼的結(jié)構(gòu)上來(lái)看，是利用等密度以及彩色編碼作為重點(diǎn)內(nèi)容來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

4 彩色增強(qiáng)技術(shù)

4.1 多光譜彩色合成

通過(guò)對(duì)兩張以上的波段影像展開疊掩的形式便是多光譜彩色圖像合成，利用技術(shù)對(duì)不同的波段合成在同一張彩色的圖像當(dāng)中，從形式上來(lái)看主要包括以下幾個(gè)方面。首先，利用合成儀器合成。采用多光譜彩色合成來(lái)對(duì)彩色的圖像

進(jìn)行最終的合成，該技術(shù)可以完成對(duì)圖像當(dāng)中色彩的加減，技術(shù)操作者利用同步法對(duì)差異性的波段當(dāng)中的黑白單色透明片進(jìn)行順序的排列，并將其放置在投影儀上，再將顏色各異的濾光片放在圖片上，促使其和投影儀上的影像實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的合成，最終獲得彩色的圖像。其次，分層曝光彩色合成法。該方法是采用彩色放大機(jī)，將濾光片放置在顏色各異的多光譜負(fù)片上，同時(shí)技術(shù)操作者對(duì)其展開三次的曝光，便能夠獲取到最終的彩色圖片[9]。然而該技術(shù)專業(yè)性較強(qiáng)，技術(shù)人員在使用的過(guò)程中需要確保在彩色圖像中獲取，還需要確保具備三種不同濾光的影響，在進(jìn)度上保持統(tǒng)一性，從而提高彩色圖像在合成過(guò)程中的準(zhǔn)確度。最后，染印法彩色合成。該技術(shù)使用的關(guān)鍵是利用彩色減色法來(lái)完成的，采用多光譜負(fù)片復(fù)制的形式，將浮雕的整個(gè)圖像呈現(xiàn)出來(lái)，再采用黃、品、青幾種染料對(duì)其染色，并將染色之后的圖像放在白紙上，形成最后的彩色圖像合成。

4.2 彩色密度分隔法

彩色密度分隔法是通過(guò)彩色密度的分析完成的，該方法在日常的使用中是對(duì)黑白影像當(dāng)中的密度值進(jìn)行不同等級(jí)的劃分，同時(shí)利用顏色對(duì)不同等級(jí)進(jìn)行備注，形成差異，最終獲取假彩色密度分隔的圖像。與此同時(shí)，在通過(guò)分析儀對(duì)圖像進(jìn)行分析的過(guò)程中，對(duì)各個(gè)等級(jí)的色彩進(jìn)行數(shù)據(jù)上的統(tǒng)計(jì)，備注好各個(gè)色彩在整個(gè)圖像當(dāng)中所占的比重，從而為日后彩色圖像分隔法的使用做出參考。

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

近年來(lái)，光學(xué)圖像信息處理技術(shù)在不斷的發(fā)展過(guò)程中逐漸應(yīng)用到人們的日常生活中，給人們的生活帶來(lái)了較大的變化。例如，交通系統(tǒng)的運(yùn)行中，儀器可以對(duì)汽車的拍照進(jìn)行精準(zhǔn)識(shí)別，還能夠在人們的出行當(dāng)中利用人臉識(shí)別技術(shù)，很大程度上顯示出了光學(xué)圖像信息處理技術(shù)的未來(lái)趨勢(shì)?，F(xiàn)階段，在人們的日常生活中，將攝影光學(xué)系統(tǒng)和圖像傳遞到計(jì)算機(jī)當(dāng)中是光學(xué)圖像信息處理技術(shù)使用的主要形式[10]。該項(xiàng)技術(shù)在人們的實(shí)際生活中得到了大范圍的應(yīng)用，然而計(jì)算機(jī)在存儲(chǔ)上信息量較大，很大程度上對(duì)圖像的識(shí)別效率產(chǎn)生了負(fù)面影響，此外，在識(shí)別的準(zhǔn)確程度上也有待提升。在未來(lái)的發(fā)展過(guò)程中，要想提升光學(xué)圖像信息處理技術(shù)水平，需要完善計(jì)算機(jī)圖像識(shí)別技術(shù)，可以利用光學(xué)形式對(duì)圖像處理技術(shù)進(jìn)行技術(shù)上的提升，在確保圖像質(zhì)量的同時(shí)提高計(jì)算機(jī)對(duì)圖像的識(shí)別效率，這也是該技術(shù)相關(guān)研究人員的未來(lái)研究方向。

6 結(jié)束語(yǔ)

總而言之，采用光學(xué)圖像信息處理技術(shù)能夠改善圖像的質(zhì)量，雖然相干光圖像信息處理與白光圖像信息處理所采用的光源存在區(qū)別，但頻域綜合是二者圖像信息處理的關(guān)鍵。在實(shí)際運(yùn)用該技術(shù)的過(guò)程中，圖像處理技術(shù)在形式上較為多樣，文章結(jié)合光學(xué)處理技術(shù)當(dāng)中常用的技術(shù)形式展開了仿真性的試驗(yàn)，試驗(yàn)的主要方向?yàn)楣鈱W(xué)圖像邊緣的增強(qiáng)、識(shí)別、逆濾波恢復(fù)等幾個(gè)方面。通過(guò)試驗(yàn)所獲取的模擬結(jié)果有著較好的效果，和光學(xué)的試驗(yàn)相比，模擬試驗(yàn)這一方法能夠較為便捷地獲取試驗(yàn)的整個(gè)過(guò)程和結(jié)果，從而掌握光信息處理技術(shù)的核心。此外，還可以減少試驗(yàn)所耗費(fèi)的成本。因此，通過(guò)試驗(yàn)?zāi)M的形式替代光學(xué)試驗(yàn)有著較高的合理性。