CN85102652A - 部分相干增强卫星图象的方法和设备 - Google Patents

Abstract

部分相干增强卫星图象的方法和设备是一种现代光学图象处理技术。建立一种部分相干的白光付立叶光学系统，除可利用卫星图象的振幅透过率外，还可利用随之分布的乳胶厚度变化决定的透过光相位分布，达到增强原图象的目的，并可进行空间滤波增强和假彩色增强处理。本发明除可用于处理卫星图象，亦可用于处理各种高分辨图象。

Description

部分相干增强卫星图象的方法和设备

本发明是一种现代光学图象处理技术。对卫星图象的处理通常以计算机或多种普通光学方法进行，以付立叶光学变换处理图象的一般原理被广泛研究，但并未有效地用到实际工程中。在本发明提出之前，对记录在照相乳胶上的图象，在非相干照明下只考虑利用光强透过率分布，在相干照明情况下只考虑利用振幅透过率分布，对光透过胶片后的位相分布视为噪声，并力图用“液体门”等装置加以消除。

本发明者首先在1984年10月12日在第35届国际宇航会议上报告，提出在相干付立叶光学系统中，除了利用乳胶的透过率分布外，还可利用相位分布来增强图象。特别是对空间频率较高的卫星图象，具有较好的增强效果。但由于系统相干性太强，系统中的灰尘及光学元件的微小缺陷均将严重干扰输出图象，给实际应用于图象处理带来了困难。并由此也影响了比较成熟的付立叶光学空间滤波等处理方法对图象处理的实际应用。此外，组成对图象彩色增强的系统，需要多个单色激光器或白光激光器，成本太高。

本发明的任务是提出以部分相干光实现对卫星图象的低噪声干涉增强、空间滤波和假彩色增强等处理方法，并建立具有相应能力的部分相干光学图象处理设备。

本发明的任务是以如下方式实现的：

以超高压球形汞灯为白光点光源，一组将发光点成象的聚光镜，一个消色差的白光准直镜和一个起付立叶变换作用的白光成象镜，组成可对图象直接放大、空间滤波、按频率和按密度的假彩色显示的变形的白光付立叶光学系统。在光源象点处用一小孔光栏控制系统的空间相干性，插入系统中的滤色片控制系统的时间相干性。输入图象面上每一点附近的小区域内的光总是相干的，与输入图象有点点对应关系的输出象面上，每一点附近的小区域内的光也是相干的，每一个相邻区域的光相干，整个图象面上就具有相干的效果。

由于输入图象为照相乳胶透明片，其上记录的信息由地面光辐射量决定的银粒密度分布以及随银粒密度分布着乳胶层的厚度分布所反映，前者引起透过光的振幅分布，后者引起透过光的位相分布。图片上相邻区域内照明光是相干的，透过图片这个区域后的光和经透镜成至输出象面上的与这个区域相应的区域内的光也是相干的。光振幅分布伴随着的乳胶厚度引起的位相分布可能取0-π之间的值，若乳胶折射率n＝1.5，空气折射率n_o＝1，光波长λ＝0.5μm，乳胶厚度差为r的两点，当（n-n_o）r＝ (λ)/2 ，即r＝0.5μm，位相差即为π，因而相邻区域光相遇后总振幅将随位相差不同而加强或减弱，将使输出图象细节边缓清晰、反差扩展。这就是相干增强作用。由于发光点有适当大小及多色性，将使得系统中图象平面以外的细小缺陷、灰尘在输出象面不能成清晰干扰象，因而输出象的噪声比完全相干系统低。由于系统具有付立叶光学原理，因而可进行空间滤波处理，以及应用付立叶光学原理的假彩色密度显示等处理，只是它只能在与光源光栏孔直径有关的精度上进行。

当加置不同滤色片形成不同颜色的照明光时，给以不同空间滤波方式，则可将单张图象在输出象面的彩色照相纸上合成按频率特征增强的假彩色图象。

经部分相干增强处理后的图象，再用常规光学方法，如放大、多波段彩色合成、彩色密度分割等处理，均比用原图象直接处理获得更好的效果。

由上述方法建立的“部分相干光学图象处理设备”主要部分由图1所示，下面结合附图1加以说明。

100W超高压球形汞灯〔1〕（发光点直径约0.3mm），发出的光经聚光镜组〔2〕成象至直径为b的小孔光栏〔3〕后，出射穿过曝光快门〔4〕、滤色片〔5〕，由相对孔径1∶4、焦距f₁＝340mm的白光准直镜〔6〕准直为平行光（其平行程度决定于光栏直径，并将决定图象的相干区域直径），然后垂直入射照明放在5维可调图象夹〔8〕上的卫星图象（照相乳胶透明片）〔7〕，相对孔径1∶3.5、焦距为f₂＝3.10mm起付立叶变换作用的白光成象镜〔9〕，将图象成象至具有5维可调机构〔13〕的输出象屏〔12〕上。在白光成象镜后焦平面上通过三维可调的滤波调节架〔10〕可放置空间滤波器〔11〕，改变图象屏〔12〕的位置可改变输出图象的放大倍数，成象镜调节机构〔14〕可对输出象调焦，除图象屏外各部件分成四组，由四个基座放在一条导轨〔15〕上，相对位置也是可调整的。

在滤波平面上，光源象点大小为b¹= (f₂)/(f₁) b，同一点在光轴上混杂频率差为△v₀= (b¹)/(λf₂) = (b)/(λf₁) ，在轴外X处混杂频率差为△vx= (△λ·x)/(λ²f₂) + (b)/(λf₁) 空间滤波将在这个精度上进行。

本设备在输入图象面上的空间相干区域直径为d= (0.5λf₁)/(b) ，由光源发光点直径和准直镜焦距长决定，时间相干性对应的相干长度为r= (λ²)/(△λ) ，由滤色片滤色后的光频带宽决定。

本设备除用于处理卫星图象外，还可用于处理其他遥感图象，也可处理显微镜。电镜等各种图象。

本设备的光学系统可采用图2的形式，用大口径、大相对孔径的聚光镜〔16〕对24×24（厘米）的大幅面图象〔17〕会聚照明进行增强处理。

Claims (6)

1、一种在白光付立叶光学系统中进行卫星图象现代光学处理的方法，其特征在于利用图象照相乳胶的银粒密度分布引起的透过光振幅分布的同时，还利用照相乳胶厚度不等引起的透过光相位分布，在部分相干照明下，图象的每一点附近有限区域内的光是相干的，所成点点对应的输出图象得到干涉增强的效果。

2、按照权项1所规定的方法，一种实现此方法的设备是包括超高压球形汞灯〔1〕，聚光镜组〔2〕，曝光快门〔4〕，白光准直镜〔6〕，图象夹〔8〕，白光成象镜〔9〕，滤波器调节器〔10〕，屏幕〔12〕，屏幕调节机构〔13〕，成象镜调节机构〔14〕和导轨〔15〕的部分相干卫星图象处理设备，其特征在于本设备由点光源〔1〕聚光镜组〔2〕，准直镜〔6〕与成象镜〔9〕组成的变形付立叶变换系统以多种多维度调节机构联络组合而成。

3、按照权项2所规定的装置，其特征在于在聚光镜组成象的象面上加置控制空间相干性的小孔光栏〔3〕。

4、按照权项2所规定的装置，其特征在于在小孔光栏〔3〕之后加置控制时间相干性的滤色片〔5〕。

5、按照权项2所规定的装置，其特征是在变形付立叶变换系统的成象镜频谱面上加置滤波器〔11〕。

6、按照权项1、2所规定的设备，其特征在于可以用大口径、大相对孔径的聚光镜〔16〕替换准直镜〔6〕对大幅面图象会聚照明。

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