CN106406065A - 一种全息再现图像的零级像消除方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种全息再现图像的零级像消除方法，涉及全息技术领域，利用Contourlet变换去除零级像，包括以下步骤：1：利用M激光器得到所需要处理的数字全息图像；2：读入数字全息图像，进行Contourlet变换，得到低频系数和高频系数；3：在数字全息再现像中，通过对Contourlet分解，分离出全息图样的直流成分，从而达到去除噪声的目的；4：对低频系数和高频系数进行Contourlet变换逆变换，得到去除零级像后的数字全息图像；5：对处理过后的全息图进行再现像处理，得到结果。本发明从主观视觉效果上能够清楚地发现其良好的零级像去除能力，更好地保留了物像的信息，从能量角度进行对比也发现该方法效果更优。

Description

一种全息再现图像的零级像消除方法

技术领域

本发明涉及全息技术领域，尤其是一种全息再现图像的零级像消除方法。

背景技术

消除零级像的传统方法需要移相器材以及其他辅助设备，且对周围的环境要求极高，十分繁琐。随着数字图像处理技术的发展，越来越多的学者关注于利用图像处理技术去除零级像，提出了许多消除零级像的方法。如零级像的空域滤波预处理消除法，该方法只需记录一幅全息图像，不需要增加其他的实验装置，直接对全息图像在空域进行预处理，便可消除零级像。例如利用频域滤波的零级像消除方法，该方法用一个有限脉冲响应滤波器，滤除零级像的部分，从而消除零级衍射斑对再现像的影响。例如利用小波变换消除零级像的方法，通过小波变换将数字全息图变换到小波域，去除低频部分，再利用小波逆变换重现全息图。尽管这些方法极大地改善了全息再现像的像质，但是他们在图像增强质量、再现速度等方面还有所欠缺，如空域滤波法再现像较为模糊，零级像消除不彻底。而频域滤波法需要多次采用傅里叶变换和频谱滤波，再现速度变慢，另外窗函数的选择也相对苛刻，全息图的细节成分也容易被滤除。小波变换则在图像的细节表达上有所保留，方向性不足，去除全息图的低频成分，会有损部分真实像的信息。

发明内容

本发明提出的一种全息再现图像的零级像消除方法，有更好的图像增强效果，不仅零级像去除得更为彻底，真实像也得到了一定程度的增强。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种全息再现图像的零级像消除方法，利用Contourlet变换去除零级像，该方法包括以下步骤：

步骤1：利用M激光器发出的波长为λ＝6300nm，波束k＝2π/λ，菲涅尔传输距离z＝0.3m的光波得到所需要处理的数字全息图像；

步骤2：读入数字全息图像，确定Contourlet分解的层数，进行Contourlet变换，得到低频系数和高频系数d₀，d_1,1，……d_1,j；d_2,1，……d_2，j，……d_i,1，……d_i,j；

步骤3：在数字全息再现像中，零级像是低通成分，与直流成分相应，即d₀，可通过对Contourlet分解，分离出全息图样的直流成分，从而达到去除噪声的目的；

步骤4：对低频系数和高频系数进行Contourlet变换逆变换，得到去除零级像后的数字全息图像；

步骤5：对处理过后的全息图进行再现像处理，得到结果。

本发明通过提供的全息再现图像的零级像消除方法，其有益效果在于：从主观视觉效果上能够清楚地发现其良好的零级像去除能力，更好地保留了物像的信息，从能量角度进行对比也发现该方法效果更优。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为Contourlet变换原理图；

图2为Contourlet变换滤波器组结构图；

图3为Contourlet频率分解原理图；

图4为三维文字实物零级像消除效果图；

图5为三维骰子零级像消除效果图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Contourlet变换的基本原理是首先利用拉普拉斯塔形滤波器(LaplacianPyramid，LP)获取图像的奇异点，再利用方向滤波器组(Directional Filter Bank，DFB)对方向相同的奇异点滤波,得到高频方向上的子带系数。即Contourlet变换的基本原理可以概括为子带滤波和方向滤波，如图1所示。

Contourlet变换的方向滤波器组结构如图2所示，图像经金字塔形方向滤波器组(Pyramidal Direction Filter Bank,PDFB)滤波，可得到一个低频子图像和高频子图像。尺度的多少和分解的方向数成正比，即尺度越大得到的方向数也越多。Contourlet变换频域分解原理如图3所示。

图像经Contourlet变换后得到的系数非常零散，绝大多数得到的Contourlet变换系数幅值等于0，图像的轮廓和边缘周围的系数幅值一般较大，这些幅值较大的系数存在一定的关联性和继承性。

零级像主要集中在数字全息频谱的低频部分，并且占据了其绝大部分能量。消除零级像的最直接的方法就是采用频域滤波，直接滤除低频部分，但是这种方法在消除零级像的同时也会损失部分真实像的信息。小波很好地弥补了这一缺陷，但是小波方向选择性表达不足，分解后对数字全息的细节纹理信息表达不足，可能出现模糊真实像的情况。所以，本申请选用有更好的方向选择性的Contourlet变换去除零级像。该方法步骤如下：

步骤1：利用M激光器发出的波长为λ＝6300nm，波束k＝2π/λ，菲涅尔传输距离z＝0.3m的光波得到所需要处理的数字全息图像；

步骤2：读入数字全息图像，确定Contourlet分解的层数，进行Contourlet变换，得到低频系数和高频系数d₀，d_1,1，……d_1,j；d_2,1，……d_2，j，……d_i,1，……d_i,j；

步骤3：在数字全息再现像中，零级像是低通成分，与直流成分相应，即d₀，可通过对Contourlet分解，分离出全息图样的直流成分，从而达到去除噪声的目的；

步骤4：对低频系数和高频系数进行Contourlet变换逆变换，得到去除零级像后的数字全息图像；

步骤5：对处理过后的全息图进行再现像处理，得到结果。

本实施例使用的全息图是利用Matlab计算仿真得到的，其中激光器λ＝6300nm，波束k＝2π/λ，菲涅尔传输距离z＝0.3m。记录的物体是三维文字实物和三维骰子图像。

图4、5中，(a)是数字全息再现的直接结果；(b)为空域滤波法再现像结果；(c)为对全息图进行二阶巴特沃斯滤波器消除零级像后的再现像结果；(d)是对图像进行小波变换滤去低频成分后重建的再现像结果；(e)是对图像进行两层Contourlet变换，滤去低频成分后的重建结果。从结果中我们不难看出如果不对全息图像进行预处理，零级像会占据很大的能量，并且由于CCD板的面上的凹凸不平会产生隶属于乘性噪声的散斑，使成像质量非常不好。从实验结果上看空域滤波法没有很好地消除零级像；巴特沃斯滤波法似乎比较好地消除了零级像，但从结果中不难发现，由于高频部分没有相对增强，造成了再现像的对比度不强，像质改善得不够；小波变换法使得像质有了明显提高，能够在消除零级像的同时较好地提高真实物像像质，Contourlet变换法相比小波变换法显得再现像的像质更清晰，零级像消除效果更好。

本申请实验除主观视觉观察外，还利用处理前后零级像所在区域的能量得到的数字全息图像的衰减程度来评价零级像去除效果，如表1所示。

表1区域的能量衰减程度

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种全息再现图像的零级像消除方法，利用Contourlet变换去除零级像，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤1：利用M激光器发出的波长为λ＝6300nm，波束k＝2π/λ，菲涅尔传输距离z＝0.3m的光波得到所需要处理的数字全息图像；

步骤2：读入数字全息图像，确定Contourlet分解的层数，进行Contourlet变换，得到低频系数和高频系数d₀，d_1,1，……d_1,j；d_2,1，……d_2，j，……d_i,1，……d_i,j；

步骤3：在数字全息再现像中，零级像是低通成分，与直流成分相应，即d₀，可通过对Contourlet分解，分离出全息图样的直流成分，从而达到去除噪声的目的；

步骤4：对低频系数和高频系数进行Contourlet变换逆变换，得到去除零级像后的数字全息图像；

步骤5：对处理过后的全息图进行再现像处理，得到结果。