光學圖像信息處理技術仿真分析

劉紅，鄧嘉宏

（1.云南機電職業技術學院機械工程系；2.云南機電職業技術學院校企辦，云南 昆明 650203）

對于光學信息圖像的信息處理技術，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，將空間的相干性進行全面提升，并在空間輸入面上，適當對光柵進行引入，從而提升時間相干性，同時還能在一定范圍內，對圖像的相干光信息處理特點。后者在圖像信息處理的工作中，需憑借光學頻譜作為分析基礎，然后再與空間濾波技術與傅里葉綜合技術相結合，對光學信息技術進行全面分析，在現階段的使用中，這項技術主要運用在對圖片邊緣的提升、影像識別和復原等工作。由于這兩種技術在使用方面，采用了不同的光源，因此對于圖像信息的處理技術也會有所不同，但是在本質工作中，卻有著相同之處，通常情況都有利于光學圖像信息基礎的仿真研究。

1 光學圖像信息處理的發展現狀

自伽利略發明了望遠鏡以來，光學體系基本上都充當著成像工具的作用，到了20世紀60年代，阿內在相襯煙味觀察純位相物體實驗的成功，才讓人們更進一步的了解到了光學在整體圖像處理工作中有效運用。例如：在孔徑雷達對信號的處理工作中，就是采用了光學圖像信息處理技術，從而先將圖像轉換成信號傳遞給地球，然后再將信號轉化成圖像的形傳達給人們，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，光學圖像信息處理技術就成為了光學信息處理研究熱點，主要工作原理是通過光學相關運算技術，目標物體進行識別，同時在實際運作中，還具備了信息容量大、運算速度快等特點，尤其是在二維傅里葉變換和函數的卷積運算，效果尤為顯著。此外，這項技術還能夠代替人們去做一些枯燥乏味的工作，例如人臉識別、指紋錄取和自動簽名等。

2 光學圖像信息處理技術仿真的意義

隨著人們對這項技術的不斷改進，姜美花、蘇顯渝等人在前人研究基礎上，提出了三維物體識別，主要通過正弦光場投影到物體表面的形式來實現。同時Alam等人還提出了使用條紋調制濾波器乘以聯合功率譜之后，產生了傅里葉轉換，形成相關圖像輸出。Feng等人也以此為前提，提出了振幅調制濾波技術。而在不久之后，孫鶴泉等人在Hartley交換的基礎上，提出了與傅里葉變換積分相似的轉換方面。官玖同時還提出了運用相移技術，對園諧展開了聯合變換的相關方式，這樣的方法不僅具備了旋轉不變的特性，并且還能在圖像的識別功能上，表現出優良的性質。但是這項技術的抗噪性不全面，當處于噪音環境下，光能效率就會明顯衰減，同時影響到旋轉不變性。

3 光學圖像信息處理技術的應用

（1）圖像邊緣加強。對于圖像邊緣的增強，可以有效提升人們對圖像的識別能力，更進一步了解到圖像所要表達的真實信息，這項圖像信息處理技術在現階段被充分運用到了醫學診斷、航空航天以及軍事偵查等領域中。此外，圖像邊緣增強技術同時還是對圖像的分割、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工作。此外，對于圖像邊緣的增強方式，也具備著多樣性，現階段所采用的主要是頻域濾波、光柵光學微分、光學小波轉換以及激光散斑離焦等方法，對圖像邊緣實現增強。

（2）圖像增減。這項技術在實際應用過程中，主要是為了監測兩組相似圖片中出現的差異性，從而使人們明確自身所研究事物之間存在的變化規律。不僅對病理的變化、工件加工檢測等領域有著重要作用，同時還可以幫助人們了解大陸變遷、自然災害等。而相干光學圖像出現相減的時候，主要技術方法為全息法、光柵法以及散斑法等。這些技術都能夠讓人們對圖像信息處理具備全面的了解，從而在進行仿真實驗時，將實驗步驟進行不斷完善，素材不斷更新，保障實驗數據可以更具真實性和說服力。

（3）圖像識別。圖像識別是用來對圖像中所要表達的信息、效果進行識別，從而獲得特定的圖像信息，這一技術在實際生活中的運用，主要體現在指紋系統以及人臉識別中，相干光學的圖像是識別技術，主要是利用了匹配濾波相關識別以及聯合轉換相關識別為主要方法實現的。因此能夠在實踐中準確對圖像進行識別，在安全性工作中，發揮著不可忽視的作用。

（4）反差技術調整。這項技術主要運用在圖像出現過大或者過小的現象，從而對這一現象進行調整，在反差調整技術的使用中，技術人員能夠在化學中對感光材料以及加工藥液進行合理添加，從而實現這項技術。這樣一來，不僅能夠對反差調整技術進行完善，還可以在仿真實驗中采用相關掩膜技術，但是技術工作人員想要保證反差技術調整能夠全面實踐，首先就需要工作人員能夠對需要調整的圖像進行反差測定，并且在確定膜片反差后，還必須要求技術人員在圖像加工過程中，加強對藥液以及影響感觀材料的使用，從而得到反差圖像。

（5）圖像恢復和假彩色編碼。圖像恢復技術指的是對一個被人們所知曉的線性空間不變點擴散函數模型的圖像，這一圖像出現模糊，有著許多原因，例如：第一點，在圖片形成的過程中，圖片成形技術差；第二點，所需圖像的內容運行與底片出現一致性；第三點，圖片選取過程中，受到了大氣等因素的直接影響等。此外，這項系統的整體分析，可以直接歸結為系統傳遞函數出現了缺陷。對于圖像恢復，通常情況下所采用的主要是逆濾波或者是解卷積。例如：人眼對于黑白圖像的灰度變化，一般而言最多只能分辨出15～20個等級，但是如果圖像是彩色的情況，就能夠直接提升幾百個等級對圖像進行分辨，所以技術人員就需要針對黑白圖像進行彩色轉化，并保證轉化之后的彩色圖像，能夠表現出更加鮮明的特征，以便圖像能夠與當前技術人員的處理工作和研究工作相適應。對于假彩色編碼而言，指的就是技術人員采用編碼的方式，將黑白圖像轉化為不同彩色圖像的整體過程，在實際生活中，主要是運用在對材料的分析工作、醫學診斷以及軍事識別等過程中，同時彩色編碼的整體結構，主要采用了等密度加彩色編碼為主要內容來實現。

4 彩色增強技術

（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，主要包含了以下幾種形式：第一，合成儀器的合成。采用合成儀器對彩色圖像進行合成，是通過多光譜彩色合成以完成彩色圖像合成技術，這項技術還可以分為加色法合成與減色法合成，前者是將技術人員通過同步的方法，對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確與其重合，進而得出的彩色圖像；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上，對紅、藍、綠多光譜負片分別配上相對應的濾光片，并在之后的工作中，技術人員分三次對其進行曝光，最終得到彩色圖片的方法。但是這項技術需要一定的專業性，需要技術人員在彩色圖像獲取中，保證三個不同濾光的影像，能夠保持統一重疊進度，從而加強彩色圖像的合成精度；第三，染印法彩色合成。這項合成技術的要領主要是通過彩色減色法實現的，通過多光譜負片拷貝的方法，呈現出浮雕的整片，然后再利用黃、品、青三種染料，分別對其進行染色，最后將染色后的圖像印在白紙上，完成對彩色圖像的合成。

（2）彩色密度分隔法。這項技術主要是靠彩色密度分析儀來實現的，而在實際的運用過程中，將黑白影像的密度值，分別劃分成不同的等級，并且還能將這些等級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，分析儀還能直接統計出各個等級的色彩在圖像中所占據的相關百分比，為其他彩色圖像分隔提供依據。

5 光學圖像信息處理技術仿真的發展趨勢

在近幾年的發展過程中，光學圖像信息處理技術已經與人們的實際生活緊密相連，并且對人們生活造成了一定的影響。例如：在交通系統的運行過程中，儀器對汽車牌照的識別能力以及人臉識別功能就是采用了這樣的技術，因此也就體現出了這項技術在研究領域的發展前景。目前，人們在生活中，對于光學圖像信息處理技術的使用，主要體現在將攝影光學系統以及圖像傳送到計算機中，再根據計算機內部的儲存系統，找出與之匹配的圖像信息進行過濾，進而找出需要進行探測的目標圖像。雖然這項技術在人們生活中廣泛運用，但是由于計算機儲存量相對較大，也就直接影響到了對圖像的整體識別速度，并且在識別進度上也不能體現出準確性。為了完善計算機圖像識別技術，人們通過采用光學的方式對其進行了不斷改進，進而使計算機克服了上述缺點，在保證了圖像質量的同時，還能實現對圖像的快速識別，成為了人們所關注的重點技術。

6 結語

光學圖像信息技術運用到實際生活和工作中，對于航天航空技術以及導盲等技術領域而言，有著廣泛的發展前景。

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