胡維星　張海莊　彭閣鵬　李鵬　曾慶平

摘要：激光光斑灰度圖像分辨率較低、可視化效果差，為了提高激光光斑圖像的顯示分辨率，根據(jù)人眼對(duì)彩色圖像非常敏感的特性，利用RGB三基色機(jī)理，采用映射函數(shù)將黑白圖像256個(gè)灰度級(jí)轉(zhuǎn)化為按可見(jiàn)光譜中彩色光的波長(zhǎng)來(lái)表示的偽彩色圖像，從而實(shí)現(xiàn)了激光光斑灰度圖像的偽彩色處理。通過(guò)激光光斑灰色圖像和偽彩色圖像的比較可知，偽彩色光斑圖像內(nèi)部細(xì)節(jié)清晰、分辨率較高，視覺(jué)效果也比較自然，更能夠全面生動(dòng)地體現(xiàn)激光光斑圖像所表示的相關(guān)信息。

關(guān)鍵詞：激光光斑圖像； 偽彩色處理； 彩色圖像； 空間域

中圖分類(lèi)號(hào)：TN247?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004?373X（2013）02?0026?03

0 引 言

人類(lèi)傳遞的信息有70%是視覺(jué)信息，圖像信息是傳遞信息的重要媒體和手段[1]，激光光斑的圖像中蘊(yùn)含著激光的各種參數(shù)信息，包括激光的發(fā)散角、激光的強(qiáng)度、能量密度分布等重要的激光特性參數(shù)。但在實(shí)際應(yīng)用中，直接采集到的激光光斑圖像都是灰度圖像[2-3]，例如，常用的攝像法采集處理得到的激光光斑圖像都是灰度圖像[4]，人眼對(duì)不同等級(jí)的灰度分辯能力是較差的，一般只能區(qū)分幾十余種灰度。

人眼對(duì)彩色卻非常敏感，能辨別出成千上萬(wàn)種不同的顏色[5?7]。因此，若能把顯示或記錄時(shí)黑白圖象的各種灰度值按照一種函數(shù)關(guān)系映射成相應(yīng)強(qiáng)度值的彩色圖像，無(wú)疑可極大地提高激光光斑圖象的分辯率。本文重點(diǎn)對(duì)激光光斑圖像的偽彩色處理方法進(jìn)行研究，以實(shí)現(xiàn)光斑灰度圖像的偽彩色顯示，提高光斑圖像的顯示分辨率。

1 偽彩色變換原理

目前數(shù)字圖像存儲(chǔ)格式種類(lèi)很多，根據(jù)需求不同可分為PEG格式、PCX格式、TIF格式、GIF格式、RAWJ格式、BMP格式等，其中BMP格式圖像是采用RGB顏色模式，能夠存貯灰度圖像、256色彩色等類(lèi)型的圖像。激光光斑灰度圖像由于色彩單一，人眼很難直接清楚地灰度圖像中看出激光通過(guò)大氣傳輸之后的光強(qiáng)分布情況，不利于事后的分析處理，所以有必要對(duì)激光光斑的灰度圖像進(jìn)行偽彩色處理。

彩色變換是一種很好的圖像顯示增強(qiáng)技術(shù)，灰度圖像偽彩色處理就是根據(jù)圖像亮度的不同對(duì)圖像細(xì)節(jié)進(jìn)行加工處理，最終得到視覺(jué)效果更好、更有助于人眼識(shí)別、應(yīng)用更方便的圖像。根據(jù)所采用變化方法的不同，可分為偽彩色圖像變換和假彩色圖像變換。將一幅彩色圖像映射為另一幅彩色圖像的變換方法稱(chēng)為假彩色變換，而將一幅灰度圖像映射為一幅彩色圖像的變換方式稱(chēng)為偽彩色變換[8]。偽彩色變換就是把圖像的各個(gè)灰度值按一定的線(xiàn)性或非線(xiàn)性函數(shù)關(guān)系映射成相應(yīng)的顏色，不同的灰度級(jí)對(duì)應(yīng)不同的色彩[9]?；叶葓D像變換為偽彩色圖像，圖像中像素的位置并不改變，只是將灰度圖像中不同亮度的值變換為隊(duì)員的彩色，是圖像處理中一種比較實(shí)用的技術(shù)手段。灰度圖像偽彩色變換方法根據(jù)圖像應(yīng)用方面的需求可分為頻率域和空間域兩種。

頻率域偽彩色變換法主要采用頻率濾波的法進(jìn)行圖像處理，變化實(shí)現(xiàn)的偽彩色圖像與原灰色圖像的空間頻率成分相關(guān)，而與灰度圖像的灰度級(jí)無(wú)關(guān)?？臻g域偽彩色變換實(shí)現(xiàn)方法很多，如互補(bǔ)色法、密度分層法、灰度級(jí)一彩色變換法等?；パa(bǔ)色法是利用灰度圖像和彩色圖像的對(duì)應(yīng)關(guān)系，將灰度圖像中相鄰的灰度級(jí)設(shè)置為互補(bǔ)顏色，以實(shí)現(xiàn)圖像色彩的變換。密度分層法是人為地把灰度圖像中不同灰度級(jí)的像素設(shè)置為不同的顏色，由于灰度級(jí)區(qū)分和設(shè)置方法的不同，決定了互補(bǔ)色法是不連續(xù)的偽彩色圖像處理方法，這種方法比較煩瑣、費(fèi)時(shí)，應(yīng)用范圍很少。灰度級(jí)一彩色變換法則是一種連續(xù)的偽彩色處理技術(shù)，實(shí)質(zhì)上是建立圖像的灰度級(jí)與顏色的一種影射關(guān)系。彩色圖像是由紅（R）、綠（G）、藍(lán)（B）三基色疊加而成，每一基色便是一幅灰度圖，因此，彩色增強(qiáng)可以說(shuō)是建立在灰度圖增強(qiáng)基礎(chǔ)上的。

2 激光光斑圖像偽彩色處理方法

人的視覺(jué)特性決定了人眼對(duì)灰度圖像的分辨力較差，而對(duì)彩色圖像的分辨力遠(yuǎn)高，所以將采集到的激光光斑灰度圖像按照偽彩色變換方法轉(zhuǎn)換為彩色圖像，能夠極大地提高光斑圖像內(nèi)部蘊(yùn)含的激光特性參數(shù)信息。偽彩色變換處理方法都是直接基于RGB三基色空間實(shí)現(xiàn)的，灰度級(jí)一彩色變換法更為通用，它使用的是光滑的非線(xiàn)性變換函數(shù)，能得到比密度分割法范圍更寬的偽彩色增強(qiáng)結(jié)果。變換函數(shù)的選擇是灰度級(jí)一彩色變換法的關(guān)鍵，目前主要以選取絕對(duì)值的正弦函數(shù)作為變換函數(shù)為主。

根據(jù)色度學(xué)原理，任何一種顏色都可以由紅（R）、綠（G）、藍(lán)（B）三基色按不同的比例來(lái)合成，因此，偽彩色處理首先要設(shè)定紅、綠、藍(lán)三個(gè)變換函數(shù)，對(duì)應(yīng)每一個(gè)像素都有相應(yīng)的紅、綠、藍(lán)輸出，之后三者又合成一個(gè)顏色[9]，如圖1所示。

灰度級(jí)一彩色變換法是在每個(gè)像素所對(duì)應(yīng)的灰度級(jí)上構(gòu)建三個(gè)變換函數(shù)，每個(gè)變換函數(shù)再進(jìn)行一次獨(dú)立變換，用以表示RGB三基色強(qiáng)度，變換過(guò)程所用方程如下[10]：

圖2 激光光斑的灰度圖像

圖3的激光光斑偽彩色圖像是一幅單色圖像陣列的色彩映射，它傾向于增強(qiáng)圖像內(nèi)細(xì)節(jié)的可檢測(cè)性。這種加偽彩色處理的光斑圖像能夠滿(mǎn)足人類(lèi)視覺(jué)的統(tǒng)計(jì)特性，視覺(jué)效果也比較自然。

通過(guò)比較可以看出，偽彩色處理的光斑圖像比灰度圖像具有明顯的高分辨率，圖像的可視性也明顯的得到了提高。

圖3 激光光斑的偽彩色圖像

3 結(jié) 語(yǔ)

根據(jù)人眼對(duì)顏色的分辨力遠(yuǎn)超過(guò)對(duì)灰度等級(jí)的分辨力的特性，本文通過(guò)灰度級(jí)一彩色變換法將激光光斑的灰度圖像轉(zhuǎn)換為色彩連續(xù)變化的偽彩色圖像，極大地提高圖像的顯示分辨率，以反映光斑不同區(qū)域能量分布的相對(duì)大小和位置，方便觀察激光的能量分布，突出了光斑的特征，為光束質(zhì)量的評(píng)判提供了重要依據(jù)。

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