CN102855605A - 一种多通道数字分割方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种多通道数字分割方法及装置，该方法包括：步骤1)：针对多张数字图像中的每一数字图像，分别生成一组相对应的灰度图和彩图；步骤2)：建立一像素网屏；步骤3)：根据所述像素网屏，对所述灰度图和彩图内的部分像素进行删除；以及步骤4)：将上述步骤3)所得到的多张删除像素后的灰度图合并成一张合成灰度图，并将上述步骤3)所得到的多张删除像素后的彩图合并为一张合成彩图。本发明可最大限度提高各曝光区域亮度面积，使在多通道拍摄时候各曝光区域衍射效率达到最佳。

Description

一种多通道数字分割方法及装置

技术领域

本发明涉及全息成像领域，并且尤其涉及一种多通道数字分割方法及装置。

背景技术

全息技术是利用干涉和衍射原理记录并再现物体的真实三维图像的技术，具体可分为以下两个过程：

(1)全息图生成过程：利用干涉原理记录物体光波信息，利用一部分激光照射被摄物体，以形成漫射式的物光束，另一部分激光作为参考光束射到全息底片上，以与所述物光束叠加产生干涉，把物体光波上各点的位相和振幅转换成在空间上变化的强度，从而利用干涉条纹间的反差和间隔将物体光波的全部信息记录下来。记录着干涉条纹的底片经过显影、定影等处理程序后，便成为一张全息图，或称全息照片。

(2)成像再现过程：全息图犹如一个复杂的光栅，在相干激光照射下，一张线性记录的正弦型全息图的衍射光波一般可给出两个像，即原始像(又称初始像)和共轭像。再现的图像立体感强，具有真实的视觉效应。全息图的每一部分都记录了物体上各点的光信息，故原则上它的每一部分都能再现原物的整个图像，通过多次曝光还可以在同一张底片上记录多个不同的图像，而且能互不干扰地分别显示出来。简而言之，该过程利用衍射原理再现物体光波信息。

普通点阵平台拍摄多通道分割只能分角度曝光，每一个角度转换成疏密不一的点重复曝光，其缺点是多次多角度曝光点无法一一对应，如想亮度曝光面积加大，点排列密度必须致密，点之间互相影响，影响全息彩虹衍射效率；如果点排列密度过小，则亮度曝光面积小，全息亮度不够，且不能解决多次曝光点的重叠问题，仍然影响衍射效率。

发明内容

为解决现有的点阵平台拍摄多通道分割只能分角度曝光所存在的多次曝光点的重叠且影响衍射效率的缺陷，本发明特提供一种可使得曝光面积互相不影响且使衍射效率达到最佳的多通道数字分割方法及装置。

本发明提供的多通道数字分割方法包括：步骤1)：针对多张数字图像的每一张数字图像，分别生成一组相对应的灰度图和彩图，该组灰度图和彩图具有相同的尺寸及像素尺寸，所生成的多组灰度图和彩图均具有相同的像素尺寸；步骤2)：针对所述多张数字图像建立一像素网屏，该像素网屏的尺寸至少与所述多组灰度图和彩图中尺寸最大的图像的尺寸相同，该像素网屏由多个不同颜色的色块组合而成，且每一色块的尺寸与所述多组灰度图和彩图的像素尺寸相同，相同颜色的色块组成一选区，不同的选区对应于不同的数字图像；步骤3)：使所述多张数字图像的每组相对应的灰度图和彩图中的全部像素与步骤2)得到的像素网屏中的至少部分色块一一对应，在与像素网屏中的每一选区所对应的数字图像的灰度图和彩图中，保留与该选区的色块相对应的像素，并删除其他像素，得到一组删除像素后的灰度图和彩图；以及步骤4)：将上述步骤3)所得到的多组删除像素后的灰度图和彩图中的多张灰度图合并成一张合成灰度图，并将多组删除像素后的灰度图和彩图中的多张彩图合并为一张合成彩图。

相应地，本发明还提供一种多通道数字分割装置，该装置包括：灰度图及彩图生成模块，用于针对多张数字图像的每一张数字图像，分别生成一组相对应的灰度图和彩图，该组灰度图和彩图具有相同的尺寸及像素尺寸，所生成的多组灰度图和彩图均具有相同的像素尺寸；像素网屏建立模块，用于针对所述多张数字图像建立一像素网屏，该像素网屏的尺寸至少与所述多组灰度图和彩图中尺寸最大的图像的尺寸相同，该像素网屏由多个不同颜色的色块组合而成，且每一色块的尺寸与所述多组灰度图和彩图的像素尺寸相同，相同颜色的色块组成一选区，不同的选区对应于不同的数字图像；像素删除模块，用于使所述多张数字图像的每组相对应的灰度图和彩图中的全部像素与所述像素网屏中的至少部分色块一一对应，在与像素网屏中的每一选区所对应的数字图像的灰度图和彩图中，保留与该选区的色块相对应的像素，并删除其他像素，得到一组删除像素后的灰度图和彩图；以及图像合并模块，用于将多组删除像素后的灰度图和彩图中的多张灰度图合并成一张合成灰度图，并将多组删除像素后的灰度图和彩图中的多张彩图合并为一张合成彩图。

本发明采用以像素为单位的数字分割，由于像素是方点结构，故比之普通点阵的圆点微结构，曝光面积无空白，最大限度提高各曝光区域亮度面积，使在多通道拍摄时候各曝光区域衍射效率达到最佳。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明提供的多通道数字分割方法的流程图；

图2A-图2E分别为像素网屏单元图案的示意图；

图3为由图2A所示的像素网屏单元图案填充而成的像素网屏的示意图；

图4为本发明提供的多通道数字分割方法的具体示例的流程图；

图5为本发明提供的多通道数字分割方法与传统点阵平台拍摄多通道分割方法所采用的曝光微结构的对比示意图；以及

图6为本发明提供的多通道数字分割装置的结构图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

图1为本发明提供的多通道数字分割方法的流程图。如图1所示，本发明提供了一种多通道数字分割方法，该方法包括：步骤1)：针对多张数字图像的每一张数字图像，分别生成一组相对应的灰度图和彩图，该组灰度图和彩图具有相同的尺寸及像素尺寸，所生成的多组灰度图和彩图均具有相同的像素尺寸；步骤2)：针对所述多张数字图像建立一像素网屏，该像素网屏的尺寸至少与所述多组灰度图和彩图中尺寸最大的图像的尺寸相同，该像素网屏由多个不同颜色的色块组合而成，且每一色块的尺寸与所述多组灰度图和彩图的像素尺寸相同，相同颜色的色块组成一选区，不同的选区对应于不同的数字图像；步骤3)：使所述多张数字图像的每组相对应的灰度图和彩图中的全部像素与步骤2)得到的像素网屏中的至少部分色块一一对应，在与像素网屏中的每一选区所对应的数字图像的灰度图和彩图中，保留与该选区的色块相对应的像素，并删除其他像素，得到一组删除像素后的灰度图和彩图；以及步骤4)：将上述步骤3)所得到的多组删除像素后的灰度图和彩图中的多张灰度图合并成一张合成灰度图，并将多组删除像素后的灰度图和彩图中的多张彩图合并为一张合成彩图。

对于本领域技术人员而言，针对一数字图像生成该数字图像的灰度图和彩图是很容易的，可通过专业的软件实现。彩图定义了全息干涉条纹的密度，灰度图定义了全息干涉条纹的角度。全息干涉条纹的密度与角度为该全息干涉条纹的两大特性，通过数字图像的灰度图和彩图，便可定义出该数字图像的全息干涉条纹的密度和角度，从而可得到该数字图像的全息干涉条纹。

以下对彩图的颜色与全息干涉条纹的密度之间的对应关系以及灰度图的灰度与全息干涉条纹的角度之间的对应关系进行说明。

具体而言，红-橙-黄-绿-青-蓝-紫7色光谱色彩依次均匀对应从700线/mm-1400线/mm密度不同的全息干涉条纹，如红色R255 G0 B0对应密度为700线/mm的全息干涉条纹；橙色R255 G127 B0对应密度为814线/mm的全息干涉条纹；黄色R255 G255 B0对应密度为928线/mm的全息干涉条纹；绿色R255 G0 B0对应密度为1042线/mm的全息干涉条纹；青色R255 G255B0对应密度为1156线/mm的全息干涉条纹；依次类推。其他不同颜色以此基本规律对应不同密度的全息干涉条纹。彩图中每一像素的颜色均与该像素的全息干涉条纹的密度之间存在一一对应的关系。

BMP灰度位图具有256个灰度，该灰度值127-0个灰度均匀覆盖了从0度到90度的干涉条纹角度范围，255-127灰度均匀覆盖了从90度到180度的干涉条纹角度范围。BMP灰度位图的一个灰度变化对应于全息干涉条纹0.703度的角度变化，例如，BMP灰度位图中一像素的灰度为0，则该像素所对应的全息干涉条纹的角度为90度；BMP灰度位图中一像素的灰度为1，则该像素所对应的全息干涉条纹的角度为89.297度；BMP灰度位图中一像素的灰度为2，则该像素所对应的全息干涉条纹的角度为88.594度，以此类推。BMP灰度位图中每一像素的灰度均与该像素的全息干涉条纹的角度之间存在一一对应的关系。

上述步骤4)所得到的合成灰度图可定义由曝光区域各不相同的所述多张数字图像所形成的全息图的全息干涉条纹的角度，合成彩图可定义由曝光区域各不相同的多张数字图像所形成的全息图的全息干涉条纹的密度，藉此可生成曝光区域各不相同的所述多张数字图像的全息图的全息干涉条纹，进而生成曝光区域各不相同的所述多张数字图像的全息图。

优选地，所述步骤2)可包括：定义一像素网屏单元图案，该像素网屏单元图案由多个不同颜色的色块组合而成，每一色块的尺寸与所述多组灰度图和彩图的像素尺寸相同，且不同颜色的色块对应于不同的数字图像；以及建立一透明空白图层，利用多个所述像素网屏单元图案填充该透明空白图层，以得到所述像素网屏。该像素网屏单元图案中的不同色彩的区域面积可定义各个数字图像的曝光区域面积大小，同样可定义各个不同曝光角度及曝光区域面积比例。

图2A为像素网屏单元图案的示意图，如图2A所示，该像素网屏单元图案包含两种颜色的四个色块，代表两个数字图像的曝光面积各占50％。图3为由图2A所示的像素网屏单元图案填充而成的像素网屏的示意图，该像素网屏中由一颜色的色块构成选区对应于一数字图像所对应的灰度图及彩图中所应保留的像素，由另一颜色的色块构成选区对应于另一数字图像所对应的灰度图及彩图中所应保留的像素；之后将仅具有保留像素的两张灰度图合并，以得到曝光面积各50％的合成灰度图，以定义两张数字图像的合成数字图像的干涉条纹角度；将仅具有保留像素的两张彩图合并，以得到曝光面积各50％的合成彩图，以定义两张数字图像的合成数字图像的干涉条纹密度。藉此，可得到曝光面积各50％的两张数字图像的干涉条纹。

之后，可将该干涉条纹缩小并记录拼合在涂布了光致抗蚀剂的玻璃板上，得到曝光面积各50％的两张数字图像的全息图。通过显影便可显现出涂布了光致抗蚀剂的玻璃板上的全息图。

需要说明的是，图2A中所示的像素网屏单元图案仅为一示例，像素网屏单元图案中的色块的颜色种类、色块的数目以及色块的分布需根据实际的数字图像的数量及各自的曝光区域而定。数字图像的数量决定颜色种类的数目，例如需要针对3张数字图像进行曝光，则像素网屏单元图案中需存在3种颜色的色块。色块的数目则至少大于等于4个，色块的数目的选取需遵循这一原则，即由该数目的色块所组成的像素网屏单元图案可表示各个数字图像的曝光区域的面积比例，例如对于各曝光50％的两张数字图像，可采用4个色块，两种颜色的色块各2个；对于4张数字图像各曝光25％，可采用4个色块，四种颜色的色块各1个，如图2B所示；对于各曝光37.5％和62.5％的2张数字图像，可采用8个色块，一颜色的色块为3个，另一颜色的色块为5个，如图2C所示。对于各曝光37.5％、25％以及37.5％的3张数字图像，可采用8个色块，第一颜色的色块为3个，第二颜色的色块为3个，第三颜色的色块2个，如图2D所示。对于各曝光33.5％、33.3％、22.2％以及11.1％的4张数字图像，可采用16个色块，第一颜色的色块为3个，第二颜色的色块为3个，第三颜色的色块为2个，第四颜色的色块为1个，如图2E所示。而色块的分布则需根据各个数字图像实际的曝光区域而定。另外，所述色块的颜色可任意确定，只需达到对色块加以区分的目的即可。

当然，所述像素网屏的建立方法并不限于此，其他不采用像素网屏单元图案及其填充的方式亦是可行的，例如可根据实际的数字图像的数量以及各自的曝光区域，直接以色块(即，像素)为单位对透明空白图层进行填充，从而得到与上述像素网屏建立方法相同的像素网屏。

所述将多张删除像素之后的灰度图合并为一张合成灰度图以及将多张删除像素之后的彩图合并为一张合成彩图中的合并方式可根据实际需要确定，例如可以以中心对齐重叠的方式或边缘对齐重叠的方式进行合并。该合并需满足以下原则：合并之后的得到的合成图片上的每一像素均为来自参与重叠的一图片上的像素，而非参与重叠的多个图片上的像素重叠而成，亦非参与重叠的多个图片上经像素删除之后所形成的空白。多张删除像素之后的灰度图的合并方式应与多张删除像素之后的彩图的合并方式相同。

所述步骤2)、步骤3与步骤4)的执行顺序可以是任意的，例如可先将各个数字图像的灰度图合并，将各个数字图像的彩图合并，之后再制作像素网屏，对合并之后的灰度图和彩图进行像素删减操作。上述步骤均可通过图形处理软件(诸如PHOTOSHOP)来执行。

图4为本发明提供的多通道数字分割方法的具体示例的流程图。如图4所示，第一彩图与第一灰度图均来自同一数字图像，第二彩图与第二灰度图均来自另一数字图像，第一和第二彩图以及第一和第二灰度图均具有相同的尺寸及像素尺寸。首先，定义一像素网屏单元图案，该像素网屏单元图案包括两种颜色的四个色块，每一颜色的色块各占50％，且各色块的尺寸与第一和第二彩图以及第一和第二灰度图的像素尺寸相同；之后，将多个该像素网屏单元图案组合成一像素网屏，该像素网屏的尺寸与所述第一和第二彩图以及第一和第二灰度图的尺寸相同，且该像素网屏内的每一色块与所述第一和第二彩图以及第一和第二灰度图中的每一像素一一对应，像素网屏内一颜色的色块所构成的选区对应于第一彩图及第一灰度图中所应保留的像素，像素网屏内另一颜色的色块所构成的选区对应于第二彩图及第二灰度图中所应保留的像素；删除所述第一和第二彩图中未被保留的像素，并将删除像素之后的第一和第二彩图合并，以形成合成彩图，删除所述第一和第二灰度图中未被保留的像素，并将删除像素之后的第一和第二灰度图合并，以形成合成灰度图。之后可根据该合成彩图及合成灰度图，生成所述两个数字图像的全息干涉条纹。

图5为本发明提供的多通道数字分割方法与传统点阵平台拍摄多通道分割方法所采用的曝光微结构的对比示意图。如图5所示，在传统的传统点阵平台拍摄多通道分割方法，曝光点为圆点微结构，存在相重叠的情形；而在本发明提供的多通道数字分割方法中，曝光点以像素为单位，为方点结构，故比之普通点阵的圆点微结构，曝光面积无空白，最大限度提高各区域亮度面积，使在多通道拍摄时候各区域衍射效率达到最佳。

图6为本发明提供的多通道数字分割装置的结构图。如图6所示，本发明还提供了一种多通道数字分割装置，该装置包括：灰度图及彩图生成模块100，用于针对多张数字图像的每一张数字图像，分别生成一组相对应的灰度图和彩图，该组灰度图和彩图具有相同的尺寸及像素尺寸，所生成的多组灰度图和彩图均具有相同的像素尺寸；像素网屏建立模块200，用于针对所述多张数字图像建立一像素网屏，该像素网屏的尺寸至少与所述多组灰度图和彩图中尺寸最大的图像的尺寸相同，该像素网屏由多个不同颜色的色块组合而成，且每一色块的尺寸与所述多组灰度图和彩图的像素尺寸相同，相同颜色的色块组成一选区，不同的选区对应于不同的数字图像；像素删除模块300，用于使所述多张数字图像的每组相对应的灰度图和彩图中的全部像素与所述像素网屏中的至少部分色块一一对应，在与像素网屏中的每一选区所对应的数字图像的灰度图和彩图中，保留与该选区的色块相对应的像素，并删除其他像素，得到一组删除像素后的灰度图和彩图；以及图像合并模块400，用于将多组删除像素后的灰度图和彩图中的多张灰度图合并成一张合成灰度图，并将多组删除像素后的灰度图和彩图中的多张彩图合并为一张合成彩图。

其中，所述像素网屏建立模块可包括：像素网屏单元图案定义模块210，用于定义一像素网屏单元图案，该像素网屏单元图案由多个不同颜色的色块组合而成，每一色块的尺寸与所述多组灰度图和彩图的像素尺寸相同，且不同颜色的色块对应于不同的数字图像；以及填充模块220，用于建立一透明空白图层，利用多个所述像素网屏单元图案填充该透明空白图层，以得到所述像素网屏。

使用本发明的多通道数字分割方法及装置，可完成多通道全息图的制作，该方法及装置解决了普通点阵平台多通道的点的互相干扰问题，同时由于采用像素对接，因此也解决了点阵全息拍摄时的圆点曝光面积不足的问题，使多通道拍摄时的各分区曝光面积最大化，提高各分区通道的亮度和衍射效率。

虽然本发明已通过上述实施例所公开，然而上述实施例并非用以限定本发明，任何本发明所属技术领域中技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，应当可以作各种的变动与修改。因此本发明的保护范围应当以所附权利要求书所界定的范围为准。

Claims (4)

1.一种多通道数字分割方法，其特征在于，该方法包括：

步骤1)：针对多张数字图像的每一张数字图像，分别生成一组相对应的灰度图和彩图，该组灰度图和彩图具有相同的尺寸及像素尺寸，所生成的多组灰度图和彩图均具有相同的像素尺寸；

步骤2)：针对所述多张数字图像建立一像素网屏，该像素网屏的尺寸至少与所述多组灰度图和彩图中尺寸最大的图像的尺寸相同，该像素网屏由多个不同颜色的色块组合而成，且每一色块的尺寸与所述多组灰度图和彩图的像素尺寸相同，相同颜色的色块组成一选区，不同的选区对应于不同的数字图像；

步骤3)：使所述多张数字图像的每组相对应的灰度图和彩图中的全部像素与步骤2)得到的像素网屏中的至少部分色块一一对应，在与像素网屏中的每一选区所对应的数字图像的灰度图和彩图中，保留与该选区的色块相对应的像素，并删除其他像素，得到一组删除像素后的灰度图和彩图；以及

步骤4)：将上述步骤3)所得到的多组删除像素后的灰度图和彩图中的多张灰度图合并成一张合成灰度图，并将多组删除像素后的灰度图和彩图中的多张彩图合并为一张合成彩图。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述步骤2)包括：

定义一像素网屏单元图案，该像素网屏单元图案由多个不同颜色的色块组合而成，每一色块的尺寸与所述多组灰度图和彩图的像素尺寸相同，且不同颜色的色块对应于不同的数字图像；以及

建立一透明空白图层，利用多个所述像素网屏单元图案填充该透明空白图层，以得到所述像素网屏。

3.一种多通道数字分割装置，其特征在于，该装置包括：

灰度图及彩图生成模块(100)，用于针对多张数字图像的每一张数字图像，分别生成一组相对应的灰度图和彩图，该组灰度图和彩图具有相同的尺寸及像素尺寸，所生成的多组灰度图和彩图均具有相同的像素尺寸；

像素网屏建立模块(200)，用于针对所述多张数字图像建立一像素网屏，该像素网屏的尺寸至少与所述多组灰度图和彩图中尺寸最大的图像的尺寸相同，该像素网屏由多个不同颜色的色块组合而成，且每一色块的尺寸与所述多组灰度图和彩图的像素尺寸相同，相同颜色的色块组成一选区，不同的选区对应于不同的数字图像；

像素删除模块(300)，用于使所述多张数字图像的每组相对应的灰度图和彩图中的全部像素与所述像素网屏中的至少部分色块一一对应，在与像素网屏中的每一选区所对应的数字图像的灰度图和彩图中，保留与该选区的色块相对应的像素，并删除其他像素，得到一组删除像素后的灰度图和彩图；以及

图像合并模块(400)，用于将多组删除像素后的灰度图和彩图中的多张灰度图合并成一张合成灰度图，并将多组删除像素后的灰度图和彩图中的多张彩图合并为一张合成彩图。

4.根据权利要求3所述的装置，其中，所述像素网屏建立模块包括：

像素网屏单元图案定义模块(210)，用于定义一像素网屏单元图案，该像素网屏单元图案由多个不同颜色的色块组合而成，每一色块的尺寸与所述多组灰度图和彩图的像素尺寸相同，且不同颜色的色块对应于不同的数字图像；以及

填充模块(220)，用于建立一透明空白图层，利用多个所述像素网屏单元图案填充该透明空白图层，以得到所述像素网屏。

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