專利名稱：基于白光和單色光的混合光學(xué)小波變換方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及信息光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，是一種基于白光和單色光的混合光學(xué)小波變換方法及其相應(yīng)的光學(xué)小波濾波器構(gòu)造方法。

背景技術(shù)：
小波變換技術(shù)具有良好的性能，在圖像壓縮、信號處理以及圖像處理等領(lǐng)域中得到了非常廣泛的應(yīng)用；但是，其應(yīng)用時的龐大的計算量制約了小波變換應(yīng)用的進(jìn)一步推廣。因此，將光學(xué)方法與小波變換結(jié)合起來，形成光學(xué)小波變換方法，可以極大地減少小波變換所花的時間，這是很有理論和實用價值的。
目前，光學(xué)小波變換已經(jīng)被用于邊緣提取、特征提取、模式識別等領(lǐng)域，顯示出很好的應(yīng)用前景。但是，應(yīng)用于圖像壓縮的光學(xué)小波變換還沒有出現(xiàn)，主要是由于現(xiàn)有的光學(xué)小波變換方法存在如下缺點 單色光光學(xué)小波變換系統(tǒng)有著其固有的缺點相干噪聲和散斑噪聲嚴(yán)重，因此單色光光學(xué)小波變換的結(jié)果總是斑紋重疊，難以不令人滿意，噪聲問題成了單色光光學(xué)小波變換系統(tǒng)發(fā)展的嚴(yán)重障礙。
白光光學(xué)小波變換系統(tǒng)能夠有效抑制相干噪聲和散斑噪聲，但是，它有兩個明顯限制一個是系統(tǒng)處理和傳遞的物理量只能是非負(fù)的強度分布，給處理雙極性信號和綜合雙極性脈沖響應(yīng)造成困難；另一個是該系統(tǒng)理論忽略了衍射效應(yīng)，結(jié)構(gòu)越精細(xì)，衍射越顯著，所以用這個系統(tǒng)處理的圖像的頻率是受限制的，相對于圖像的高頻部分，它更適合處理圖像的低頻部分。
與數(shù)值計算的小波變換相比，對頻域形式的光學(xué)小波濾波器有如下特殊的要求頻譜面上的光學(xué)小波濾波器通常使用膠片或者空間光調(diào)制器實現(xiàn)，這要求用于光學(xué)小波變換的光學(xué)小波濾波器的頻域形式應(yīng)該是非負(fù)的實函數(shù)；輸出面上的采集設(shè)備CCD只能反映光強，不能反映相位，這要求光學(xué)小波變換的輸出結(jié)果應(yīng)該是非負(fù)的實函數(shù)。但是，現(xiàn)在并沒有滿足以上要求的光學(xué)小波濾波器的構(gòu)造。因此，無法通過光學(xué)小波變換結(jié)果進(jìn)行數(shù)值重建，這限制了光學(xué)小波變換技術(shù)的應(yīng)用范圍。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有電學(xué)和光學(xué)小波變換方法的缺點，提供一種基于白光和單色光的混合光學(xué)小波變換方法，該方法所實現(xiàn)的光學(xué)小波變換能夠被應(yīng)用于圖像壓縮，而且有效地克服相干噪聲和散斑噪聲，并能以較高的質(zhì)量由光學(xué)小波變換結(jié)果重建輸入圖像。
本發(fā)明的具體技術(shù)方案是 一種基于白光和單色光的混合光學(xué)小波變換方法，包括建立單色光光學(xué)小波變換系統(tǒng)和建立白光光學(xué)小波變換系統(tǒng)，其要點是還構(gòu)造一種光學(xué)小波濾波器； 將輸入圖像經(jīng)由所述單色光光學(xué)小波變換系統(tǒng)實現(xiàn)光學(xué)小波變換中的高通濾波，得到輸入圖像小波變換的高通濾波的數(shù)值結(jié)果； 將輸入圖像經(jīng)由所述白光光學(xué)小波變換系統(tǒng)實現(xiàn)光學(xué)小波變換中的低通濾波，得到輸入圖像小波變換的低通濾波的數(shù)值結(jié)果； 由所述高通濾波的數(shù)值結(jié)果和低通濾波的數(shù)值結(jié)果，通過小波逆變換的數(shù)值算法，在計算機上重建輸入圖像； 所述光學(xué)小波濾波器的構(gòu)造如下 (1)選擇具有對稱性質(zhì)的雙正交小波，用于分解的一維尺度函數(shù)為φ(x)，小波函數(shù)為Ψ(x)； (2)利用張量積方法，由一維小波基構(gòu)造二維小波基，用于分解的二維尺度函數(shù)和小波函數(shù)可以通過如下方法求得 低通分解Φ(x，y)＝φ(x)φ(y) 水平高通分解Ψh(x，y)＝φ(x)Ψ(y) 垂直高通分解Ψv(x，y)＝Ψ(x)φ(y) 對角高通分解Ψd(x，y)＝Ψ(x)Ψ(y) 這樣得到的Φ(x，y)為時域形式的低通光學(xué)小波濾波器，Ψh(x，y)，Ψv(x，y)和Ψd(x，y)是關(guān)于某一點對稱的，進(jìn)行適當(dāng)平移后其傅立葉變換就是實函數(shù)； (3)對Ψh(x，y)，Ψv(x，y)和Ψd(x，y)按如下方法處理 以Ψh(x，y)為例，將其按如下方式分拆為兩個函數(shù) 其中 對Ψ1h(x，y)和Ψ2h(x，y)進(jìn)行適當(dāng)平移，使其關(guān)于原點對稱，得到Ψ1h_shift(x，y)和Ψ2h_shift(x，y)，計算其對應(yīng)的頻域形式的Ψ1h_shift(u，v)和Ψ2h_shift(u，v)，這樣計算出來的Ψ1h_shift(u，v)和Ψ2h_shift(u，v)為實函數(shù)。
設(shè)Ψ1h_shift(u，v)和Ψ2h_shift(u，v)的最大值為Ψmaxh，最小值為Ψminh(如果則令)，對其按如下方法進(jìn)行歸一化 用同樣的方法可以由Ψv(x，y)分拆得到Ψ1nv_shift(u，v)和Ψ2nv_shift(u，v)，由Ψd(x，y)分拆得到Ψ1nd_shift(u，v)和Ψ2nd_shift(u，v)。
Ψ1nh_shift(u，v)、Ψ2nh_shift(u，v)、Ψ1nv_shift(u，v)、Ψ2nv_shift(u，v)、Ψ1nd_shift(u，v)和Ψ2nd_shift(u，v)即為所述光學(xué)小波濾波器，它們應(yīng)用于單色光光學(xué)小波變換系統(tǒng)中。
利用該系統(tǒng)所得的光學(xué)小波變換數(shù)值結(jié)果可以同經(jīng)由數(shù)值計算得到的小波變換結(jié)果一樣，被應(yīng)用于圖像壓縮。
所述單色光光學(xué)小波變換系統(tǒng)中氦氖激光器位于針孔濾波器前方5～15cm處，針孔濾波器位于準(zhǔn)直透鏡的前焦面處，準(zhǔn)直透鏡后方5～15cm處安裝第一電尋址空間光調(diào)制器，該電尋址空間光調(diào)制器位于第一傅立葉透鏡的前焦面處，該傅立葉透鏡的后焦面與第二傅立葉透鏡的前焦面匯合在一處，且在此處安裝第二電尋址空間光調(diào)制器，第二傅立葉透鏡的后焦面處安裝第一CCD光電耦合器件；所述氦氖激光器、針孔濾波器、準(zhǔn)直透鏡、第一電尋址空間光調(diào)制器、第一傅立葉透鏡、第二電尋址空間光調(diào)制器、第二傅立葉透鏡、第一CCD光電耦合器件在同一軸線上；所述第一電尋址空間光調(diào)制器用電纜與第一計算機相連接，第二電尋址空間光調(diào)制器用電纜與第二計算機相連接，第一CCD光電耦合器件用電纜與第三計算機相連接。其中 氦氖激光器的型號為虹揚1000，輸出功率為35-45mw，偏振比(方向)為1000∶1，發(fā)散角≤0.7mrad。
針孔濾波器的型號為GCO-01M，針孔直徑為10μm。
準(zhǔn)直透鏡的型號為GCO-0203M，焦距為400mm，孔徑直徑為100mm。
第一、第二電尋址空間光調(diào)制器的液晶板采用的是SONYlcx038，其分辨率為1024×768，液晶尺寸為14.4mm×10.8mm，象元尺寸為14μm×14μm，刷新頻率為60Hz，對比度為400∶1，最高透射率為21％。
第一、第二傅立葉透鏡的型號為GCO-0203M，焦距為400mm，孔徑直徑為100mm。
第一CCD光電耦合器件的型號為cannon EOS 350D，其輸出圖像最大分辨率為3456×2304，感光元件尺寸為22.2mm×14.8mm。
所述白光光學(xué)小波變換系統(tǒng)中氙燈白光光源位于第一成像透鏡的前方，氙燈白光光源在該成像透鏡的后方的成像面與第二成像透鏡的前方2倍焦距平面匯合在一處，且在此處安裝第三電尋址空間光調(diào)制器，在第二成像透鏡的后方緊貼安裝第四電尋址空間光調(diào)制器，第二成像透鏡的后方2倍焦距+Δ距離處安裝CCD光電耦合器件；所述Δ為1～20mm；所述氙燈白光光源、第一成像透鏡、第三電尋址空間光調(diào)制器、第二成像透鏡、第四電尋址空間光調(diào)制器、第二CCD光電耦合器件在同一軸線上；所述第三電尋址空間光調(diào)制器用電纜與第四計算機相連接，第四電尋址空間光調(diào)制器用電纜與第五計算機相連接，第二CCD光電耦合器件用電纜與第六計算機相連接。其中 氙燈白光光源的型號為GY-10，輸出功率為150W。
第一、第二成像透鏡的型號為GCO-0203M，焦距為400mm，孔徑直徑為100mm。
第三、第四電尋址空間光調(diào)制器的液晶板采用的是SONY lcx038，其分辨率為1024×768，液晶尺寸為14.4mm×10.8mm，象元尺寸為14μm×14μm，刷新頻率為60Hz，對比度為400∶1，最高透射率為21％。
第二CCD光電耦合器件的型號為cannon EOS 350D，其輸出圖像最大分辨率為3456×2304，感光元件尺寸為22.2mm×14.8mm。
本發(fā)明的工作原理如下 根據(jù)白光光學(xué)小波變換系統(tǒng)的原理實現(xiàn)低通濾波，均勻散射光源通過第一成像透鏡，在第三電尋址空間光調(diào)制器上成像，由第四計算機控制將輸入圖像加載到第三電尋址空間光調(diào)制器上，由第五計算機控制將使用本發(fā)明提出的構(gòu)造方法所構(gòu)造的時域形式的低通光學(xué)小波濾波器加載到第四電尋址空間光調(diào)制器上，第二CCD耦合器件在距離第二成像透鏡的像面Δ處采集輸入圖像的光學(xué)小波變換的低通濾波結(jié)果WfΦ＝f(x，y)*Φ(x，y)，并讀入第六計算機。
根據(jù)單色光光學(xué)小波變換系統(tǒng)的原理實現(xiàn)高通濾波，氦氖激光器通過針孔濾波器和準(zhǔn)直透鏡形成平行光照射在第一電尋址空間光調(diào)制器上，由第一計算機控制將輸入圖像加載到第一電尋址空間光調(diào)制器上，通過第一傅立葉透鏡實現(xiàn)對輸入圖像的傅立葉變換，由第二計算機控制將使用本發(fā)明提出的構(gòu)造方法所構(gòu)造的頻域形式的高通光學(xué)小波濾波器加載到第二電尋址空間光調(diào)制器上，在這里完成輸入圖像的頻譜與頻域形式的光學(xué)小波濾波器相乘，然后通過第二傅立葉透鏡實現(xiàn)對頻域相乘結(jié)果的傅立葉變換，第一CCD耦合器件位于第二傅立葉透鏡的后焦面處，采集輸入圖像的光學(xué)小波變換的高通濾波結(jié)果，并讀入第三計算機。
以Ψh(x，y)為例做進(jìn)一步說明，由Ψh(x，y)分拆得到的頻域形式的光學(xué)小波濾波器Ψ1nh_shift(u，v)和Ψ2nh_shift(u，v)均為非負(fù)的實函數(shù)，滿足空間光調(diào)制器的實現(xiàn)要求。由第一計算機控制將輸入圖像f(x，y)加載到第一電尋址空間光調(diào)制器上，先由第二計算機控制加載Ψ1nh_shift(u，v)到第二電尋址空間光調(diào)制器上，得到WfΨ1h為非負(fù)的實函數(shù)，滿足CCD耦合器件采集的要求，WfΨ1h由第一CCD耦合器件采集，并讀入第三計算機；然后由第二計算機控制加載Ψ2nh_shift(u，v)到第二電尋址空間光調(diào)制器上，得到WfΨ2h為非負(fù)的實函數(shù)，滿足CCD耦合器件采集的要求，WfΨ2h由第一CCD耦合器件采集，并讀入第三計算機。將WfΨ1h和WfΨ2h做如下運算 由于Ψh(x，y)是關(guān)于某一點對稱的，因此對WfΨh經(jīng)過平移和反向，最終可以得到即為輸入圖像f(x，y)的小波水平高通濾波結(jié)果。同理，可得到輸入圖像的小波垂直高通濾波結(jié)果以及輸入圖像的對角高通濾波結(jié)果 利用上述方法，實現(xiàn)了對輸入圖像的一級尺度的多分辨率分析?？梢岳貌杉玫降妮斎雸D像的小波低通濾波結(jié)果、小波水平高通濾波結(jié)果、小波垂直高通濾波結(jié)果和小波對角高通濾波結(jié)果，通過電學(xué)上的小波逆變換的數(shù)值算法，在計算機上重建輸入圖像。因此，所采集得到的輸入圖像的光學(xué)小波變換結(jié)果可以被應(yīng)用于圖像壓縮。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比有如下優(yōu)點 (1)基于光學(xué)方法實現(xiàn)小波變換，具有光學(xué)信息處理高速、并行和大容量的特征，與電學(xué)方法相比較，提高信息處理的速度。
(2)提出了基于白光和單色光的混合光學(xué)小波變換系統(tǒng)，利用基于白光光學(xué)小波變換系統(tǒng)實現(xiàn)光學(xué)小波變換中的低通濾波，得到小波變換的低頻分量；利用基于單色光光學(xué)小波變換系統(tǒng)實現(xiàn)光學(xué)小波變換中的高通濾波，從而得到小波變換的高頻分量。在逆變換時，由光學(xué)小波變換的數(shù)值結(jié)果，利用小波逆變換的數(shù)值算法重建輸入圖像。該系統(tǒng)能夠被應(yīng)用于圖像壓縮，而且有效地克服相干噪聲和散斑噪聲，并能以較高的質(zhì)量重建圖像。
(3)提出了非負(fù)實數(shù)形式的光學(xué)小波濾波器的構(gòu)造方法，該方法可以將任何對稱的小波基構(gòu)造成正實數(shù)形式的頻域光學(xué)小波濾波器，從而可以將任何對稱的小波基應(yīng)用于基于單色光的光學(xué)小波變換系統(tǒng)以實現(xiàn)光學(xué)小波變換，這就避免了當(dāng)小波頻域形式為復(fù)函數(shù)時相位的問題，大大拓展了光學(xué)小波變換的應(yīng)用中的小波基的種類和數(shù)量。
而且使用這種方法構(gòu)造的小波濾波器實現(xiàn)光學(xué)小波變換，可以在計算機上用數(shù)值算法重建輸入圖像，所以該方法可以應(yīng)用于圖像壓縮。



圖1為本發(fā)明的原理方框圖。
圖2為基于單色光光學(xué)小波變換系統(tǒng)(即單色光光學(xué)4f系統(tǒng))結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為基于白光光學(xué)小波變換系統(tǒng)(即白光散焦系統(tǒng))結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4為標(biāo)準(zhǔn)輸入圖像。
圖5為由本發(fā)明提出的濾波器設(shè)計方法，利用單色光光學(xué)小波變換系統(tǒng)，進(jìn)行小波分解和重構(gòu)的結(jié)果。
圖6為由本發(fā)明提出的方法對輸入圖像進(jìn)行小波分解和重構(gòu)的結(jié)果。

具體實施例方式 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例做進(jìn)一步詳述 基于單色光的光學(xué)小波變換系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖2所示，氦氖激光器1位于針孔濾波器2前方10cm處，針孔濾波器2位于準(zhǔn)直透鏡3的前焦面處，準(zhǔn)直透鏡3后方10cm處，安裝第一電尋址空間光調(diào)制器4，該電尋址空間光調(diào)制器4位于第一傅立葉透鏡5的前焦面處，該傅立葉透鏡5的后焦面與第二傅立葉透鏡7的前焦面匯合在一處，且在此處安裝第二電尋址空間光調(diào)制器6，第二傅立葉透鏡7的后焦面處安裝第一CCD光電耦合器件8。氦氖激光器1、針孔濾波器2、準(zhǔn)直透鏡3、第一電尋址空間光調(diào)制器4、第一傅立葉透鏡5、第二電尋址空間光調(diào)制器6、第二傅立葉透鏡7、第一CCD光電耦合器件8在同一軸線上。第一電尋址空間光調(diào)制器4用電纜與第一計算機11相連接，第二電尋址空間光調(diào)制器6用電纜與第二計算機10相連接，第一CCD光電耦合器件8用電纜與第三計算機9相連接。
氦氖激光器1的型號為虹揚1000，輸出功率40mw，偏振比(方向)為1000∶1，發(fā)散角≤0.7mrad。
針孔濾波器2的型號為GCO-01M，針孔直徑為10μm。
準(zhǔn)直透鏡3的型號為GCO-0203M，焦距為400mm，孔徑直徑為100mm。
第一、第二電尋址空間光調(diào)制器4、6的液晶板采用的是SONY lcx038，其分辨率為1024×768，液晶尺寸為14.4mm×10.8mm，象元尺寸為14μm×14μm，刷新頻率為60Hz，對比度為400∶1，最高透射率為21％。
第一、第二傅立葉透鏡5、7的型號為GCO-0203M，焦距為400mm，孔徑為100mm。
第一CCD光電耦合器件8的型號為cannon EOS 350D，其輸出圖像最大分辨率為3456×2304，感光元件尺寸為22.2mm×14.8mm。
如圖3所示，所述白光光學(xué)小波變換系統(tǒng)中氙燈白光光源12位于第一成像透鏡13的前方，氙燈白光光源12在該成像透鏡13的后方的成像面與第二成像透鏡15的前方2倍焦距平面匯合在一處，且在此處安裝第三電尋址空間光調(diào)制器14，在第二成像透鏡的后方緊貼安裝第四電尋址空間光調(diào)制器16，第二成像透鏡15的后方2倍焦距+Δ距離處安裝第二CCD光電耦合器件17；所述Δ等于6mm；所述氙燈白光光源12、第一成像透鏡13、第三電尋址空間光調(diào)制器14、第二成像透鏡15、第四電尋址空間光調(diào)制器16、第二CCD光電耦合器件17在同一軸線上；所述第三電尋址空間光調(diào)制器14用電纜與第四計算機20相連接，第四電尋址空間光調(diào)制器16用電纜與第五計算機19相連接，第二CCD光電耦合器件17用電纜與第六計算機18相連接。
氙燈白光光源12的型號為GY-10，輸出功率為150W。
第一、第二成像透鏡13、15的型號為GCO-0203M，焦距為400mm，孔徑為100mm。
第三、第四電尋址空間光調(diào)制器14、16的液晶板采用的是SONY lcx038，其分辨率為1024×768，液晶尺寸為14.4mm×10.8mm，象元尺寸為14μm×14μm，刷新頻率為60Hz，對比度為400∶1，最高透射率為21％。
第二CCD光電耦合器件17的型號為cannon EOS 350D，其輸出圖像最大分辨率為3456×2304，感光元件尺寸為22.2mm×14.8mm。
對輸入圖像進(jìn)行光學(xué)小波變換的總體方法流程如圖1所示，輸入圖像選用標(biāo)準(zhǔn)測試圖像LENA(附圖4)，所使用的小波為圖像壓縮中常用的bior2.2小波(5/3小波)。
本發(fā)明提出的光學(xué)小波濾波器的構(gòu)造，構(gòu)造bior2.2小波(5/3小波)的時域形式的光學(xué)小波低通濾波器，將其應(yīng)用于白光光學(xué)小波變換系統(tǒng)以實現(xiàn)低通濾波。均勻散射光源12通過第一成像透鏡13在第三電尋址空間光調(diào)制器14上成像，由第四計算機20控制將輸入圖像加載到第三電尋址空間光調(diào)制器14上，由第五計算機19控制將使用本發(fā)明提出的構(gòu)造方法所構(gòu)造的時域形式的低通光學(xué)小波濾波器加載到第四電尋址空間光調(diào)制器16上，第二CCD耦合器件17在距離第二成像透鏡15的像面Δ處采集輸入圖像的光學(xué)小波變換的低通濾波結(jié)果WfΦ＝f(x，y)*Φ(x，y)，并讀入第六計算機18。
根據(jù)本發(fā)明提出的光學(xué)小波濾波器的構(gòu)造，構(gòu)造bior2.2小波(5/3小波)的頻域形式的水平高通濾波器、垂直高通濾波器和對角高通濾波器，將其應(yīng)用于單色光光學(xué)小波變換系統(tǒng)以實現(xiàn)高通濾波。氦氖激光器1通過針孔濾波器2和準(zhǔn)直透鏡3形成平行光照射在第一電尋址空間光調(diào)制器4上，由第一計算機11控制將輸入圖像加載到第一電尋址空間光調(diào)制器4上，通過第一傅立葉透鏡5實現(xiàn)對輸入圖像的傅立葉變換，由第二計算機10控制將使用本發(fā)明提出的構(gòu)造方法所構(gòu)造的頻域形式的高通光學(xué)小波濾波器加載到第二電尋址空間光調(diào)制器6上，在這里完成輸入圖像的頻譜與頻域形式的光學(xué)小波濾波器相乘，然后通過第二傅立葉透鏡7實現(xiàn)對頻域相乘結(jié)果的傅立葉變換，第一CCD耦合器件8位于第二傅立葉透鏡7的后焦面處，采集輸入圖像的光學(xué)小波變換的高通濾波結(jié)果，并讀入第三計算機9。
以水平高通小波函數(shù)Ψh(x，y)為例做進(jìn)一步說明，由Ψh(x，y)分拆構(gòu)造得到的頻域形式的光學(xué)小波水平高通濾波器Ψ1nh_shift(u，v)和Ψ2nh_shift(u，v)。由第一計算機11控制將輸入圖像f(x，y)加載到第一電尋址空間光調(diào)制器4上，先由第二計算機10控制加載Ψ1nh_shift(u，v)到第二電尋址空間光調(diào)制器6上，得到WfΨ1h由第一CCD耦合器件8采集，并讀入第三計算機9；然后由第二計算機10控制加載Ψ2nh_shift(u，v)到第二電尋址空間光調(diào)制器6上，得到WfΨ2h由第一CCD耦合器件8采集，并讀入第三計算機9。將WfΨ1h和WfΨ2h做如下運算 由于Ψh(x，y)是關(guān)于某一點對稱的，因此對WfΨh經(jīng)過平移和反向，最終可以得到即為輸入圖像f(x，y)的小波水平高通濾波結(jié)果。同理，可得到輸入圖像的小波垂直高通濾波結(jié)果以及輸入圖像的對角高通濾波結(jié)果 根據(jù)本發(fā)明提出的光學(xué)小波濾波器構(gòu)造，構(gòu)造bior2.2小波(5/3小波)的頻域形式的低通濾波器、水平高通濾波器、垂直高通濾波器和對角高通濾波器，將其應(yīng)用于單色光光學(xué)小波變換系統(tǒng)，采集得到輸入圖像的小波低通濾波結(jié)果、小波水平高通濾波結(jié)果、小波垂直高通濾波結(jié)果和小波對角高通濾波結(jié)果，通過電學(xué)上的小波逆變換的數(shù)值算法，在計算機上重建輸入圖像，其結(jié)果如圖5所示，輸出圖像與原始輸入圖像的峰峰信噪比PSNR值為20.3393dB。
利用本發(fā)明提出的基于白光和單色光的混合光學(xué)小波變換方法及其相應(yīng)的光學(xué)小波濾波器構(gòu)造，進(jìn)行小波分解和重構(gòu)的結(jié)果如圖6所示，輸出圖像與原始輸入圖像的峰峰信噪比PSNR值為23.1047dB。
本發(fā)明提供一種基于白光和單色光的混合光學(xué)小波變換方法，該方法所實現(xiàn)的光學(xué)小波變換能夠被應(yīng)用于圖像壓縮。與傳統(tǒng)的基于單色光的光學(xué)小波變換系統(tǒng)相比，它能有效地克服相干噪聲和散斑噪聲，且由該系統(tǒng)實現(xiàn)的光學(xué)小波變換結(jié)果重建的圖像的質(zhì)量有明顯提高(PSNR值明顯增大)。
利用本發(fā)明提出的方法，對輸入圖像進(jìn)行光學(xué)小波變換，得到輸入圖像的小波變換系數(shù)，完成圖像壓縮的第一步。然后采用本領(lǐng)域常用方法對小波變換系數(shù)進(jìn)行量化和編碼，就能完成圖像壓縮的整個工作。
權(quán)利要求
1.一種基于白光和單色光的混合光學(xué)小波變換方法，包括建立單色光光學(xué)小波變換系統(tǒng)和建立白光光學(xué)小波變換系統(tǒng)，其特征在于還構(gòu)造一種光學(xué)小波濾波器；
將輸入圖像經(jīng)由所述單色光光學(xué)小波變換系統(tǒng)實現(xiàn)光學(xué)小波變換中的高通濾波，得到輸入圖像小波變換的高通濾波的數(shù)值結(jié)果；
將輸入圖像經(jīng)由所述白光光學(xué)小波變換系統(tǒng)實現(xiàn)光學(xué)小波變換中的低通濾波，得到輸入圖像小波變換的低通濾波的數(shù)值結(jié)果；
由所述高通濾波的數(shù)值結(jié)果和低通濾波的數(shù)值結(jié)果，通過小波逆變換的數(shù)值算法，在計算機上重建輸入圖像；
所述光學(xué)小波濾波器的構(gòu)造如下
(1)選擇具有對稱性質(zhì)的雙正交小波，用于分解的一維尺度函數(shù)為φ(x)，小波函數(shù)為ψ(x)；
(2)利用張量積方法，由一維小波基構(gòu)造二維小波基，用于分解的二維尺度函數(shù)和小波函數(shù)可以通過如下方法求得
低通分解Φ(x，y)＝φ(x)φ(y)
水平高通分解Ψh(x，y)＝φ(x)ψ(y)
垂直高通分解Ψv(x，y)＝ψ(x)φ(y)
對角高通分解Ψd(x，y)＝ψ(x)ψ(y)
這樣得到的Φ(x，y)為時域形式的低通光學(xué)小波濾波器，Ψh(x，y)，Ψv(x，y)和Ψd(x，y)是關(guān)于某一點對稱的，進(jìn)行適當(dāng)平移后其傅立葉變換就是實函數(shù)；
(3)對Ψh(x，y)，Ψv(x，y)和Ψd(x，y)按如下方法處理
以Ψh(x，y)為例，將其按如下方式分拆為兩個函數(shù)
其中
對Ψ1h(x，y)和Ψ2h(x，y)進(jìn)行適當(dāng)平移，使其關(guān)于原點對稱，得到Ψ1h_shift(x，y)和Ψ2h-shift(x，y)，計算 其對應(yīng)的頻域形式的Ψ1h_shift(u，v)和Ψ2h_shift(u，v)，這樣計算出來的Ψ1h_shift(u，v)和Ψ2h_shift(u，v)為實函數(shù)。
設(shè)Ψ1h_shift(u，v)和Ψ2h_shift(u，v)的最大值為Ψmaxh，最小值為Ψminh(如果則令)，對其按如下方法進(jìn)行歸一化
用同樣的方法可以由Ψv(x，y)分拆得到Ψ1nv_shift(u，v)和Ψ2nv_shift(u，v)，由Ψd(x，y)分拆得到Ψ1nd_shift(u，v)和Ψ2nd_shift(u，v)。
2.按照權(quán)利要求1所述的基于白光和單色光的混合光學(xué)小波變換方法，其特征在于所述單色光光學(xué)小波變換系統(tǒng)中氦氖激光器(1)位于針孔濾波器(2)前方5～15cm處，針孔濾波器(2)位于準(zhǔn)直透鏡(3)的前焦面處，準(zhǔn)直透鏡(3)后方5～15cm處安裝第一電尋址空間光調(diào)制器(4)，該電尋址空間光調(diào)制器(4)位于第一傅立葉透鏡(5)的前焦面處，該傅立葉透鏡(5)的后焦面與第二傅立葉透鏡(7)的前焦面匯合在一處，且在此處安裝第二電尋址空間光調(diào)制器(6)，第二傅立葉透鏡(7)的后焦面處安裝第一CCD光電耦合器件(8)；所述氦氖激光器(1)、針孔濾波器(2)、準(zhǔn)直透鏡(3)、第一電尋址空間光調(diào)制器(4)、第一傅立葉透鏡(5)、第二電尋址空間光調(diào)制器(6)、第二傅立葉透鏡(7)、第一CCD光電耦合器件(8)在同一軸線上；所述第一電尋址空間光調(diào)制器(4)用電纜與第一計算機(11)相連接，第二電尋址空間光調(diào)制器(6)用電纜與第二計算機(10)相連接，第一CCD光電耦合器件(8)用電纜與第三計算機(9)相連接。
3.按照權(quán)利要求2所述的基于白光和單色光的混合光學(xué)小波變換方法，其特征在于所述氦氖激光器(1)的型號為虹揚1000，輸出功率為35-45mw，偏振比(方向)為1000∶1，發(fā)散角≤0.7mrad；所述針孔濾波器(2)的型號為GCO-01M，針孔直徑為10μm；所述準(zhǔn)直透鏡(3)的型號為GCO-0203M，焦距為400mm，孔徑直徑為100mm；所述第一、第二電尋址空間光調(diào)制器(4、6)的液晶板采用的是SONY lcx038，其分辨率為1024×768，液晶尺寸為14.4mm×10.8mm，象元尺寸為14μm×14μm，刷新頻率為60Hz，對比度為400∶1，最高透射率為21％。所述第一、第二傅立葉透鏡(5、7)的型號為GCO-0203M，焦距為400mm，孔徑直徑為100mm；第一CCD光電耦合器件(8)的型號為cannonEOS 350D，其輸出圖像最大分辨率為3456×2304，感光元件尺寸為22.2mm×14.8mm。
4.按照權(quán)利要求1所述的基于白光和單色光的混合光學(xué)小波變換方法，其特征在于所述白光光學(xué)小波變換系統(tǒng)中氙燈白光光源(12)位于第一成像透鏡(13)的前方，氙燈白光光源(12)在該成像透鏡(13)的后方的成像面與第二成像透鏡(15)的前方2倍焦距平面匯合在一處，且在此處安裝第三電尋址空間光調(diào)制器(14)，在第二成像透鏡的后方緊貼安裝第四電尋址空間光調(diào)制器(16)，第二成像透鏡(15)的后方2倍焦距+Δ距離處安裝第二CCD光電耦合器件(17)；所述Δ為1～20mm；所述氙燈白光光源(12)、第一成像透鏡(13)、第三電尋址空間光調(diào)制器(14)、第二成像透鏡(15)、第四電尋址空間光調(diào)制器(16)、第二CCD光電耦合器件(17)在同一軸線上；所述第三電尋址空間光調(diào)制器(14)用電纜與第四計算機(20)相連接，第四電尋址空間光調(diào)制器(16)用電纜與第五計算機(19)相連接，第二CCD光電耦合器件(17)用電纜與第六計算機(18)相連接。
5.按照權(quán)利要求4所述的基于白光和單色光的混合光學(xué)小波變換方法，其特征在于所述氙燈白光光源(12)的型號為GY-10，輸出功率為150W；所述第一、第二成像透鏡(13、15)的型號為GCO-0203M，焦距為400mm，孔徑直徑為100mm；所述第三、第四電尋址空間光調(diào)制器(14、16)的液晶板采用的是SONY lcx038，其分辨率為1024×768，液晶尺寸為14.4mm×10.8mm，象元尺寸為14μm×14μm，刷新頻率為60Hz，對比度為400∶1，最高透射率為21％；所述第二CCD光電耦合器件(17)的型號為cannon EOS 350D，其輸出圖像最大分辨率為3456×2304，感光元件尺寸為22.2mm×14.8mm。
6.一種按照權(quán)利要求1所述的基于白光和單色光的混合光學(xué)小波變換方法，用于圖像壓縮的用途。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于白光和單色光的混合光學(xué)小波變換方法，還構(gòu)造一種光學(xué)小波濾波器，先將輸入圖像經(jīng)單色光光學(xué)小波變換系統(tǒng)實現(xiàn)光學(xué)小波變換中的高通濾波，得到輸入圖像小波變換的高通濾波的數(shù)值結(jié)果；將輸入圖像經(jīng)白光光學(xué)小波變換系統(tǒng)實現(xiàn)光學(xué)小波變換中的低通濾波，得到輸入圖像小波變換的低通濾波的數(shù)值結(jié)果；然后由所述高通濾波的數(shù)值結(jié)果和低通濾波的數(shù)值結(jié)果，通過小波逆變換的數(shù)值算法，在計算機上重建輸入圖像。該方法所實現(xiàn)的光學(xué)小波變換能夠被應(yīng)用于圖像壓縮。與傳統(tǒng)的基于單色光的光學(xué)小波變換系統(tǒng)相比，它能有效地克服相干噪聲和散斑噪聲，且由該系統(tǒng)實現(xiàn)的光學(xué)小波變換結(jié)果重建的圖像的質(zhì)量有明顯提高。
文檔編號G02B27/46GK101149488SQ20071009294
公開日2008年3月26日 申請日期2007年11月7日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月7日
發(fā)明者田逢春, 亮 韓, 立 李, 曾孝平, 馮文江, 唐光菊, 于雯輝, 賽 劉, 姬艷麗 申請人:重慶大學(xué)