[发明专利]相位调制数字图像伪彩色编码方法

说明书

技术领域

本发明属于数字图像处理技术领域，具体涉及一种对灰度图像信号进行位相调制伪彩色编码方法。 

背景技术

将灰度图像伪彩色化，并使彩色图像特征鲜明，易于识别，一直是图像处理中的一个重要课题。这种技术是一种视觉效果明显，但又不太复杂的图像增强技术，也是目前国内发展较快的一种图像处理技术。由于人眼只能辨别一幅图像中的4～5bit灰度级，却能辨别近千种的彩色。因此为发挥人眼对彩色的分辨能力，往往用各种不同的颜色代表图像的不同灰度，变灰度图像为彩色图像，从而使观察者能从图像中取得更多的信息。所以，对灰度图像进行伪彩色处理是一种非常有效的图像增强技术，具有广泛的应用市场和技术再开发前景。由于计算机技术的发展和普及，目前已商品化的仪器设备中大多使用的是数字化伪彩色处理技术。 

灰度图像伪彩色化处理技术在科学研究和实际应用的各个领域正发挥着越来越重要的作用，例如：在医学诊断中，得到的数字图像绝大多数是灰度图像，如X线、CT、MRI、B超图像等。医学数值图像的应用主要在于对图像特征的提取，图像特征包括有点的特征、局部特征、区域特征和整体特征。伪彩色图像处理将明显提高对图像所有这些特征的识别能力。它可充分利用人眼对彩色的锐敏特点，提高对全貌图像的视觉感知。伪彩色能把轮廓的粗细、光滑、锐化、模糊、连续和分布等区域关系显示出来。几乎所有的医学黑白图像都可以作伪彩色处理。在工业检测中，对工业炉内的工件图像进行伪彩色处理，可以获得更好的效果，能给出更为合理的质量分析和预警信息，最终达到节能减排的目标。在材料检测中，利用伪彩色编码技术制作的电镜彩色图片，色彩差较大，尤其是对于原子序数相差较大的元素彩色相差更大。因此对材料进行分析非常直观可靠，弥补了用谱仪分析只能在图片上显示X射线点而不能显示二次电子图像，只能在一条线上来显示成分曲线而不能看整体分布情况的弱点。从而使材料的组织形貌、含量和分布在一张彩色图上显示出来，使对材料进行半定量分析更加完善。 

近年来，灰度伪彩色化方法的研究一直受到科研人员的重视，研究开发了许多不同的伪彩色编码的模式。主要可以分为两大类方法：一类是采用计算机技术的数字伪彩色方法，例如最为常用的数字处理方法有：密度分层法和空间域灰度级-彩色变换。 

最简单的伪彩色处理方法是密度分层法，也可称作灰度分层法。它是将一幅灰度图像f(x，y)看成是坐标(x，y)的一个密度函数。把次图像的灰度分成若干等级，并且对这若干灰度等级赋予不同的颜色实现图像的伪彩色处理，但是这种方法处理后的图像视觉效果不够理想，色彩生硬，不够调和，并且当灰度级分层较多时，算法非常繁琐。 

空间域灰度-彩色变换法是一种更为常用的、比密度分层法更有效的伪彩色增强法。这种伪彩色处理技术可以将黑白灰度图像变为具有多种渐变的连续彩色图像，且实现简单。如图1根据色度学的原理，将原图像的同一灰度分段经过红、绿、蓝三种不同变换，而使三个变换器输出不同，变成三基色分量，然后用它们分别去控制彩色显示器的红、绿、蓝电子枪，便可以在彩色显示器的屏幕上合成一幅彩色图像。彩色的含量由变换函数的形状而定。典型的变换函数如图2所示，其中(a)、(b)、(c)分别为红、绿、蓝三种变换函数，而图中(d)是把三种变换画在同一张图上以便看清相互间的关系。由图2中(d)可见，只有在灰度为零时呈蓝色，灰度为L/2时呈绿色，灰度为L时呈红色，灰度为其它值时将由三基色混合成不同的色调。 

尽管数字图像处理方法有图像信息量大、图像信息理论与通信理论密切相关、图像处理技术综合性强等优点，但是这些方法都仅仅根据灰度级别信息进行编码，没有突出图像的边缘区域，因此他们只适用于256级以下的灰度图像。对高于256级灰度的高分辨率图像来说，只能先将灰度级压缩影射为256级灰度，然后再进行编码，但压缩影射相当于降低了处理图像的灰度分辨率。也就是说在对高分辨率的灰度图像进行伪彩色处理时就会产生色彩灵敏度不高，色彩层次不够分明等缺点。而且这两种方法缺乏灵活性，灰度级一旦确定，其对应的颜色也就确定了，这就导致一幅灰度图像仅对应唯一的伪彩色图像。