非线性位相调制假彩色编码实验

非线性位相调制假彩色编码实验
一. 实验前预习
实验目的:
1.掌握4ƒ系统白光信息处理的理论基础;
2.了解非线性位相调制假彩色编码的原理;初步了解线性,非线性,编码解码,滤波等概
念.
3.学习掌握透镜的同轴调节,平行光调节,调节焦平面观察光谱,调整滤波孔观察滤波效
果.控制嚗光量,显影,定影,漂白等暗室技术.
4.能熟练使用嚗光暗盒,显影罐,暗袋等暗室器材.
参考书:张映辉“大学物理实验” 大连海事大学出版社
LB-1型非线性位相调制假彩色编码实仪说明书大连海事大学物理系实验前应回答的问题:
1.假彩色是怎样形成的?
2.光栅的作用是什么?
3.有效浮雕厚度是怎样形成的?如何控制?
4.为什么必须漂白?怎样漂白?
实验原理介绍:
非线性位相调制假彩色编码原理
利用乳胶的感光特性曲线（参看图1）将有灰度分
布的黑白乳胶负片改变为假彩色片的原理是先用白光透
过灰度负片使乳胶感光产生胶片上的光密度D，不同的
灰度级产生不同的光密度如图所示。

再将感光的乳胶片
显影，定影和漂白后得到与光密度有线性关系的浮雕，
不同的光密度产生不同厚度的浮雕，即浮雕厚度d与光
密度有下列关系
d = β D
log(E)
浮雕厚度将改变入射光波的位相。

不同厚度的浮雕改变图1乳胶特性线的趾点和肩点
的位相不同，形成浮雕对光波的位相调制。

由此，利用特性曲线上的趾点A或肩点B分别进行一次曝光。

对趾点，使全片按趾点曝光量作一次曝光，但暂不冲洗。

保留乳胶上的潜影，称为潜影胶片，保存备用。

对肩点，用光栅与胶片密接触作一次曝光，也作为潜影胶片，保留备用。

当将某一黑白负片进行假彩色化时，取出潜影胶片，将黑白负片与潜影胶片密接触。

若为趾点调制的潜影胶片时，在黑白负片上面还应压上光栅，使其不透光部分保护潜影不再受照曝光。

而对肩点调制的潜影胶片，则不必要用光栅。

二次曝光时，二者都按乳胶特性曲线的线性区进行曝光。

然后经过显影，定影和漂白制成浮雕。

潜影所产生的浮雕厚度与特性曲线上二次曝光所产生的浮雕厚度形成了浮雕厚度差，称为有效浮雕厚度，即
Δd j = d - d j = βΔD j (2)
j = a (趾点调制)；j = b (肩点调制)。

由于趾点和肩点都是特性曲线上的非线性区，故称为非线性位相调制。

潜影的浮雕是一次曝光所形成的。

它保持不变而与二次曝光无关。

二次曝光
时，透过不同灰度的光对胶片的曝光量不同。

且落在乳胶特性曲线的线性区的不同点上，得到不同的光密度，由（1）和（2）式，就有不同的有效浮雕厚度。

可见，黑白负片上不同的灰度经过非线性位相调制后转化为不同的有效浮雕厚度。

不同的有效浮雕厚度使通过它们的的光波产生不同的位相变化。

其次，如何使黑白灰度图片变为假彩色的图篇呢？上述的光栅起了作用。

利用光栅对白光衍射为彩色光谱的原理，在制作浮雕时使光栅与灰度片密接触，同时曝光，则制成了栅状的浮雕如图2和图3所示。

因为趾点与肩点的浮雕厚度都保持不变，只有相应于线性区某点产生的浮雕才会生成栅状，而光对不同的有效浮雕厚度有不同的光程差。

利用光栅将通过不同有效浮雕厚度的白光分解为不同的颜色，而且落在光谱面上不同的位置，形成一条彩带。

型
为达到光谱分解的目的，在实验装置上，用平行光照射经过非线性位相调制编码的栅状浮雕片，用一个会聚透镜L2，使透过栅状浮雕片的平行光聚焦在焦平面上，分解为彩色光谱。

这个光谱就是携带了灰度被“染色”的图像的信息。

不同的灰度染上了不用的颜色。

这就是假彩色仪所用的系统的前二个F
的作用如图解所示。

透镜L2的作用是将透过浮雕片的白光实行了一次光栅衍射的变换（称为傅利叶变换，用符号F表示）。

若已经过编码的浮雕可以用函数f (x, y)描写，则变换所得的彩色空间频谱函数，一般可以写为
p(α ,β) = F [ f(x, y)] (3)
式中的p(α,β)是代表彩色空间频谱的函数。

为了控制彩色，可以选择彩色频谱中的某一级频谱，如零级频谱，让它通过而阻止其它部分通过频谱平面，只要在该级所在位置开一个孔就可以了。

这一措施称为
L1 P1 L2 P2 L P3
3
S
图4假彩色仪中的4F系统
光学滤波。

用滤波函数H(α ,β)描述孔的形状。

则通过滤波孔的光可以描述为p(α ,β)H(α ,β).它就是携带被“染了某级谱色”的原灰度分布的信息。

只要将“染了各种色”的原黑白图片上的灰度分布复原，就完成了将黑白图片变成假彩色的目的。

由于灰度分布的图像先要变成乳胶感光的光密度分布，才能够使其染色成像，所以又称为密度假彩色编码。

如以频谱面为对称面，在滤波孔后F距离处放一个成像透镜L3，F为其焦距，则通过滤波孔的光将照射L3恢复染了色原图像。

所不同的只是原来的灰度分布变成了按密度的彩色分布，实现了黑白图像的假彩色化。

换言之，L2实现的是空间频谱变换，而L3实现的是它的反变换（傅利叶逆变换）采用符号F -1表示。

以(ξ ,ζ)表示彩色的坐标，则彩色化的数学表示为
g(ξ ,ζ) = F -1 [ p(α ,β) H(α ,β) ] (4)
实际观察到的不是色光的振幅分布，而是强度分布，即
I (ξ ,ζ) = / g(ξ ,ζ) / 2 (5)
如果按照图2或图3所表示的矩形浮雕对白光中的某一单色光作近似的强度的理论计算，则可得
I λ(ξ ,ζ ,λ) = K 1 + K 2 cos [k (μ - 1) Δd ] (6) 式中，K 1和 K 2是恒量，k 是波矢，即2π / λ，,μ是乳胶浮雕的折射率。

Δd 是（ξ ,ζ）处的有效浮雕厚度。

以上所表述的公式只是对白光中的某一单色光而言的。

在输出平面上，通过滤波孔的所有单色光的混合色应当与光源的光功率G(λ)有关，因此所观察到的混合色应表为 P(ξ ,ζ) = ∑ λ G(λ)I λ(ξ ,ζ ,λ)Δλ (7)
二. 实验课上:
仪器介绍
:
假彩色编码仪全景 光学暗箱
光电控制器器使用说明
光电控制器器控制面板如图所示：
操作方法：
一、开机：
在接通电源线之后，拨开电源开关，听到两声长报警声，系统启动正常；
否则请关闭电源重新开启。

二、设制定时时间：
按“设置”，设置指示灯亮，数显屏幕清空，出现光标；
屏幕上首位是百秒位，依此类推到十分之一秒位，顺序设置，光标会自动前进； 设置完毕，按“设置”，设置指示灯灭，设置完毕。

三、测试：
除了在曝光时，按“测试”，系统会打开曝光光源，同时测试指示灯亮；
在测试当中，按“测试”，系统会关闭光源，熄灭测试指示灯，表示一经推出测试功能。

四、曝光：
按“曝光”，曝光指示灯亮，进入曝光状态；
这时，数显屏幕上的数字会进入倒计时状态，计数到“0”时，自动退出曝光功能并发出四声报警提示曝光结束；
在曝光过程中，按“移位”，数显屏幕上的数字会在倒计时与正计时之间切换；
曝光功能不会改写保存的时间，可以重复进行相同时间的曝光。

五、复位：
在任何功能进行时或空闲时，按“复位”，系统进行复位，发出复位报警，停止一切功能回到空闲状态。

六、其他：
1.按键有效会发出短声鸣叫。

2.写入功能没有提供，系统不能存储设定的时间；提供该功能会使系统在关闭电源的情
况下仍能保存设定的时间。

3.在曝光控制盒后连出三条线，分别是电源线、风扇线和灯光线，请适当连接。

1：将待编码的全息胶片放入编码暗盒，压上朗其光栅，密封后，用假彩色仪按H - D曲线进行肩部调制的一次曝光操作。

得到肩点调制的潜影负片。

2：在暗室中，将编码暗盒打开，取出光栅换上待彩色化的负片，与潜影胶片密接触。

密封后，置于假彩色仪的输入面上。

用定时器进行二次曝光。

曝光后，取出胶片，经显影，
定影和漂白后，得到位相调制编码的浮雕负片。

3：将浮雕负片插入输入面受平行白光的照射，透射光通过第一个透镜的作用是将白光经过乳胶浮雕的调制，分解为带状彩色光谱，投射到空间频谱面上。

4：定性了解带状彩色光谱的形成与朗其光栅的空间频谱密度有关，不同颜色的衍射角将因不同厚度而不同，在空间频谱面上就有不同的位置，由此形成彩带。

5：在空间频谱面上开孔，让零级或正负一级的频谱通过而阻止其它级的频谱通过，这种操作就是光学滤波。

通过滤波孔的光就成为与原负片灰度分布有相关假彩色的图像信息。

6：只要将与原负片灰度分布有相关假色彩的信息复原就可以得到假彩色的图像。

这一个措施是通过滤波平面后面的第二个透镜来完成的。

从4f系统的结构来看，以频谱平面为分界面，前后二个透镜是对称的。

可见第二个透镜是成像透镜，通过成像透镜的光，将在输出平面上出现假彩色图像。

实验中易出现的问题及对策:
1.不出彩色或彩色不丰富:这主要是嚗光量没控制好,要重试.显影时间一定要控制在
2分左右,定影5分即可,漂白要漂透才行.
2.观察中衍射级数少: 嚗光量不适当.
3.观察中衍射图像不清晰:平行光没调好,付立叶变换镜的焦距没调好.
课后思考题:
1.白光4ƒ系统是如何进行光信息变换的?
2.滤波的机理是什么?
3.如何提高某一特定区域颜色的层次?有什么重要意义?。