本發(fā)明涉及全息技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種全息再現(xiàn)圖像的零級(jí)像消除方法。

背景技術(shù)：

消除零級(jí)像的傳統(tǒng)方法需要移相器材以及其他輔助設(shè)備，且對(duì)周圍的環(huán)境要求極高，十分繁瑣。隨著數(shù)字圖像處理技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)越多的學(xué)者關(guān)注于利用圖像處理技術(shù)去除零級(jí)像，提出了許多消除零級(jí)像的方法。如零級(jí)像的空域?yàn)V波預(yù)處理消除法，該方法只需記錄一幅全息圖像，不需要增加其他的實(shí)驗(yàn)裝置，直接對(duì)全息圖像在空域進(jìn)行預(yù)處理，便可消除零級(jí)像。例如利用頻域?yàn)V波的零級(jí)像消除方法，該方法用一個(gè)有限脈沖響應(yīng)濾波器，濾除零級(jí)像的部分，從而消除零級(jí)衍射斑對(duì)再現(xiàn)像的影響。例如利用小波變換消除零級(jí)像的方法，通過(guò)小波變換將數(shù)字全息圖變換到小波域，去除低頻部分，再利用小波逆變換重現(xiàn)全息圖。盡管這些方法極大地改善了全息再現(xiàn)像的像質(zhì)，但是他們?cè)趫D像增強(qiáng)質(zhì)量、再現(xiàn)速度等方面還有所欠缺，如空域?yàn)V波法再現(xiàn)像較為模糊，零級(jí)像消除不徹底。而頻域?yàn)V波法需要多次采用傅里葉變換和頻譜濾波，再現(xiàn)速度變慢，另外窗函數(shù)的選擇也相對(duì)苛刻，全息圖的細(xì)節(jié)成分也容易被濾除。小波變換則在圖像的細(xì)節(jié)表達(dá)上有所保留，方向性不足，去除全息圖的低頻成分，會(huì)有損部分真實(shí)像的信息。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提出的一種全息再現(xiàn)圖像的零級(jí)像消除方法，有更好的圖像增強(qiáng)效果，不僅零級(jí)像去除得更為徹底，真實(shí)像也得到了一定程度的增強(qiáng)。

本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：

一種全息再現(xiàn)圖像的零級(jí)像消除方法，利用Contourlet變換去除零級(jí)像，該方法包括以下步驟：

步驟1：利用M激光器發(fā)出的波長(zhǎng)為λ＝6300nm，波束k＝2π/λ，菲涅爾傳輸距離z＝0.3m的光波得到所需要處理的數(shù)字全息圖像；

步驟2：讀入數(shù)字全息圖像，確定Contourlet分解的層數(shù)，進(jìn)行Contourlet變換，得到低頻系數(shù)和高頻系數(shù)d₀，d_1,1，……d_1,j；d_2,1，……d_2，j，……d_i,1，……d_i,j；

步驟3：在數(shù)字全息再現(xiàn)像中，零級(jí)像是低通成分，與直流成分相應(yīng)，即d₀，可通過(guò)對(duì)Contourlet分解，分離出全息圖樣的直流成分，從而達(dá)到去除噪聲的目的；

步驟4：對(duì)低頻系數(shù)和高頻系數(shù)進(jìn)行Contourlet變換逆變換，得到去除零級(jí)像后的數(shù)字全息圖像；

步驟5：對(duì)處理過(guò)后的全息圖進(jìn)行再現(xiàn)像處理，得到結(jié)果。

本發(fā)明通過(guò)提供的全息再現(xiàn)圖像的零級(jí)像消除方法，其有益效果在于：從主觀視覺(jué)效果上能夠清楚地發(fā)現(xiàn)其良好的零級(jí)像去除能力，更好地保留了物像的信息，從能量角度進(jìn)行對(duì)比也發(fā)現(xiàn)該方法效果更優(yōu)。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為Contourlet變換原理圖；

圖2為Contourlet變換濾波器組結(jié)構(gòu)圖；

圖3為Contourlet頻率分解原理圖；

圖4為三維文字實(shí)物零級(jí)像消除效果圖；

圖5為三維骰子零級(jí)像消除效果圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

Contourlet變換的基本原理是首先利用拉普拉斯塔形濾波器(Laplacian Pyramid，LP)獲取圖像的奇異點(diǎn)，再利用方向?yàn)V波器組(Directional Filter Bank，DFB)對(duì)方向相同的奇異點(diǎn)濾波,得到高頻方向上的子帶系數(shù)。即Contourlet變換的基本原理可以概括為子帶濾波和方向?yàn)V波，如圖1所示。

Contourlet變換的方向?yàn)V波器組結(jié)構(gòu)如圖2所示，圖像經(jīng)金字塔形方向?yàn)V波器組(Pyramidal Direction Filter Bank,PDFB)濾波，可得到一個(gè)低頻子圖像和高頻子圖像。尺度的多少和分解的方向數(shù)成正比，即尺度越大得到的方向數(shù)也越多。Contourlet變換頻域分解原理如圖3所示。

圖像經(jīng)Contourlet變換后得到的系數(shù)非常零散，絕大多數(shù)得到的Contourlet變換系數(shù)幅值等于0，圖像的輪廓和邊緣周圍的系數(shù)幅值一般較大，這些幅值較大的系數(shù)存在一定的關(guān)聯(lián)性和繼承性。

零級(jí)像主要集中在數(shù)字全息頻譜的低頻部分，并且占據(jù)了其絕大部分能量。消除零級(jí)像的最直接的方法就是采用頻域?yàn)V波，直接濾除低頻部分，但是這種方法在消除零級(jí)像的同時(shí)也會(huì)損失部分真實(shí)像的信息。小波很好地彌補(bǔ)了這一缺陷，但是小波方向選擇性表達(dá)不足，分解后對(duì)數(shù)字全息的細(xì)節(jié)紋理信息表達(dá)不足，可能出現(xiàn)模糊真實(shí)像的情況。所以，本申請(qǐng)選用有更好的方向選擇性的Contourlet變換去除零級(jí)像。該方法步驟如下：

步驟1：利用M激光器發(fā)出的波長(zhǎng)為λ＝6300nm，波束k＝2π/λ，菲涅爾傳輸距離z＝0.3m的光波得到所需要處理的數(shù)字全息圖像；

步驟2：讀入數(shù)字全息圖像，確定Contourlet分解的層數(shù)，進(jìn)行Contourlet變換，得到低頻系數(shù)和高頻系數(shù)d₀，d_1,1，……d_1,j；d_2,1，……d_2，j，……d_i,1，……d_i,j；

步驟3：在數(shù)字全息再現(xiàn)像中，零級(jí)像是低通成分，與直流成分相應(yīng)，即d₀，可通過(guò)對(duì)Contourlet分解，分離出全息圖樣的直流成分，從而達(dá)到去除噪聲的目的；

步驟4：對(duì)低頻系數(shù)和高頻系數(shù)進(jìn)行Contourlet變換逆變換，得到去除零級(jí)像后的數(shù)字全息圖像；

步驟5：對(duì)處理過(guò)后的全息圖進(jìn)行再現(xiàn)像處理，得到結(jié)果。

本實(shí)施例使用的全息圖是利用Matlab計(jì)算仿真得到的，其中激光器λ＝6300nm，波束k＝2π/λ，菲涅爾傳輸距離z＝0.3m。記錄的物體是三維文字實(shí)物和三維骰子圖像。

圖4、5中，(a)是數(shù)字全息再現(xiàn)的直接結(jié)果；(b)為空域?yàn)V波法再現(xiàn)像結(jié)果；(c)為對(duì)全息圖進(jìn)行二階巴特沃斯濾波器消除零級(jí)像后的再現(xiàn)像結(jié)果；(d)是對(duì)圖像進(jìn)行小波變換濾去低頻成分后重建的再現(xiàn)像結(jié)果；(e)是對(duì)圖像進(jìn)行兩層Contourlet變換，濾去低頻成分后的重建結(jié)果。從結(jié)果中我們不難看出如果不對(duì)全息圖像進(jìn)行預(yù)處理，零級(jí)像會(huì)占據(jù)很大的能量，并且由于CCD板的面上的凹凸不平會(huì)產(chǎn)生隸屬于乘性噪聲的散斑，使成像質(zhì)量非常不好。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果上看空域?yàn)V波法沒(méi)有很好地消除零級(jí)像；巴特沃斯濾波法似乎比較好地消除了零級(jí)像，但從結(jié)果中不難發(fā)現(xiàn)，由于高頻部分沒(méi)有相對(duì)增強(qiáng)，造成了再現(xiàn)像的對(duì)比度不強(qiáng)，像質(zhì)改善得不夠；小波變換法使得像質(zhì)有了明顯提高，能夠在消除零級(jí)像的同時(shí)較好地提高真實(shí)物像像質(zhì)，Contourlet變換法相比小波變換法顯得再現(xiàn)像的像質(zhì)更清晰，零級(jí)像消除效果更好。

本申請(qǐng)實(shí)驗(yàn)除主觀視覺(jué)觀察外，還利用處理前后零級(jí)像所在區(qū)域的能量得到的數(shù)字全息圖像的衰減程度來(lái)評(píng)價(jià)零級(jí)像去除效果，如表1所示。

表1區(qū)域的能量衰減程度

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。