一种多光谱成像边缘探测系统

1.本发明使用白光对编码图像照射，通过多偏角光波长分离片分离出编码图像中的不同波长的光，使用多光谱探测器探测出不同波长的光束所在的位置，并将四个频段集中分布到频谱面上的四个不重合的地方。对多个频段信息进行相位连续变化的滤波处理，使得不同波长的光束在高频位置得到增强，获得不同光谱边缘增强的图像，并将滤波后的图像成像在ccd相机上，以分析多个光通道中的光信息。


背景技术：

2.在医学影像探测中，在对比度差的图像中准确地探测不同光谱地结果。对于问题的高效分析、深入研究具有至关重要的意义。然而，传统的边缘检测很可能会导致无法突出关键的重要信息。当目标物体与背景对比度降低时，探测器的准确度会大大降低，往往会造成信息的错误判断。因此，采用一个新型的分光边缘增强来提高对比度，提升研究结果的准确性和可靠性，是当前图像处理领域中的一个重要研究方向。
3.一张图像中包含的信息中，绝大多数是不需要的，因此图像处理可以帮助我们提取出想要的部分，即通过滤波，滤除不必要的基频信号，保留高频部分。目前，图像的检测主要分为两个大方向，分别是基于光学图像的滤波器件和基于计算机的数字图像处理。虽然计算机的应用范围广，灵活性高，但是对于某些强度特征不明显、运算量较大的图像来说，基于计算机的数字图像处理的优势不被突出。而基于光学图像处理的方法能够传输来的光信息直接进行处理，相比前者，后者具有速度更快、信道容量更高、能量消耗更低的优点。
4.因此，本发明通过对使用白光照射的胶片编码、分别提取出红绿蓝紫多个通道光信息，使用涡旋滤波器在频谱面对并行地四个通道进行低频滤波，增强单一通道高频信息。滤除不必要的平坦的基频信息，降低干扰噪声，提高信噪比，获得具有高对比度且能量分布均匀的增强效果。将获得的滤波后的图像传到ccd相机上，进一步传输到探测终端，通过相应的算法处理，能够获得提高图像的信噪比，提高目标物体与背景的对比度，可用于航天、医学技术中的隐藏的目标探测领域，推动科技创新的发展。
5.综上所述，该图像处理系统具有广泛的应用前景和潜力，在医疗、安防等领域都有着重要的应用价值。随着技术的不断发展和创新，该系统将会得到进一步的完善和改进，为人类的生活和事业带来更多的便利和贡献。


技术实现要素：

6.针对现有的技术问题，本发明创新地提出了一种对具有多通道的彩色图像进行边缘探测增强的器件，这为多光谱的图像探测发展提供了一种新方法，并有望应用于重大科研领域的探测器中。
7.上述目的是通过以下技术方案实现的：一种探测彩色图像的不同波长的光，分别对其进行边缘增强的探测器，其步骤如下：
步骤一：多偏角光波长分离片：对彩色编码图像所包含的不同波长的光进行多角度分光，按照不同波长从上到下竖直分布；步骤二：多光谱探测器：探测出不同波长的光束所在的位置，并将频段集中分布在四个不重合的地方；步骤三：涡旋相位高通滤波器：对多个频段进行相位连续变化的滤波处理，不同波长的光束在高频段得到增强，在ccd相机上获得对比度提高的滤波图像。
8.本发明创新性地提出了一种多光谱图像探测系统，用于对彩色图像进行分通道探测和边缘增强。该系统能够探测不同波长的光，并将其提取出来。这一特性使得该系统能够发现那些往往隐藏在背景中且对比度较低的目标。
9.本发明能够接受色彩信息较为复杂的彩色图像，对于包含了多个光波长的图像，能够快速的分离出不同的光谱信息，能够准确的识别出难以被发现的部分，从而更好的处理目标物体。例如，在眼科领域，该系统可以用于检测眼底病变和视网膜疾病，帮助医生进行早期诊断和治疗。
10.本发明处理后的图像轮廓具有高对比度、良好的连通性以及能量分布均匀等视觉效果，方便人眼进行观察。例如，在卫星图像处理中，该系统可以用于检测地面目标；在无人机图像处理中，该系统可以用于目标识别和跟踪，帮助无人机执行任务和完成任务。
附图说明
11.图1是多光谱成像边缘探测系统的处理流程图。
12.图2是本发明对分光后的多通道进行边缘增强处理的流程图。
实施方式
13.通过以下具体实施方式阐明本发明在实践中的应用，但是本发明要求保护的范围不局限于下面的实例中，相关同等替换、改变等均受本发明的保护。
14.本发明包括多偏角光波长分离片、多光谱探测器、涡旋相位高通滤波器、终端操作系统。
15.多偏角光波长分离片用于将已被编码压缩的多光谱图像进行光波长分离，图象中的红、绿、蓝、紫四种波长的光会被分离到四个互相不重合的位置。其中多偏角光波长分离片是由四个不同方向的条形光栅重叠在一起，当图像中包含了多个光谱的白光经过其上时，分离片能够根据光栅方程（dsinθ=mλ，m=+1）将光谱按波长递减的顺序从上到下排布在接收板上，为多光谱探测器提供有利的探测条件。该分离片具有重量轻、无需人为调节角度即可实现将多个光谱分离出来的优势。
16.多光谱探测器探测对接收板上呈现的四个光谱进行从上至下的扫描，依次确定每一个光谱所在的位置，对不同光谱按照不同波长进行分类，并自动将四种波长的光调整到与空间光调制器的四个开口的一一对应的位置上。该探测器能够自动扫描、分类光谱，并具有调整不同光谱位置，将光束整形到规定位置的便捷优势。
17.涡旋相位高通滤波器对探测器发送来的光谱进行滤波处理，该滤波器是通过空间光调制器实现的。其中，以空间光调制器的对称中心为原点，其上开有四个相同大小的圆形滤波器，滤波器的形状均是半径为0.5个单位长度，分别以（-1，1）、（1，1）、（-1，-1）、（1，-1）
为圆心的相位连续变化的圆。四个涡旋高通滤波器可以滤除光谱中的低频部分、保留并适当增强高频部分。使用空间光调制器产生滤波器可以根据不同特征的编码图像调整涡旋滤波器的位置和拓扑荷数，具有灵活可靠的特点。
18.终端操作系统可以将ccd上接收到的增强图像根据需要进一步处理，如筛选出某一或多个特定波长的光所在的位置，并将边缘部分保留在图像中的原始位置，滤除其余不重要的光，该特点能够应用在医学上检查是否产生病变、无人机的目标识别跟踪等领域。


技术特征：
1.本发明公开了一种多光谱成像边缘探测系统，其特征在于该系统包括多偏角光波长分离片、多光谱探测器以及涡旋相位高通滤波器三部分组成；所述多偏角光波长分离片的特征在于光通过其上的四个不同方向分布的光栅能够对不同波长的光实现分离，并根据光栅方程将不同波长的光依次排开；所述多光谱探测器的特征在于能够探测到分光片分出的光，按照提前设定好的光栅周期预知不同波长光的位置，并将其整形成半径为0.5个单位长度的圆，投射到分别以（-1，1）、（1，1）、（-1，-1）、（1，-1）为圆心的圆孔接收板；所述涡旋相位高通滤波器的特征在于将传播来的四个不同波长的光滤波，去低频留高频，实现频域面上的边缘增强。2.根据权利要求1所述的一种多偏角光波长分离片，其特征在于，可以由金刚石切削或者灰阶激光直写与电感耦合等离子体刻蚀的工艺进行的方法得到，器件的衬底材料为光学玻璃。分离片垂直于光束传播的方向放置，片上重叠分布着4个不同方向的离散单波长的条形光栅，分别分布在二四象限、y轴、一三象限和x轴四个光栅方向。用白光照射图像，通过光分离片分离出光束中的红波、绿波、蓝波和紫波四个波长的光。所述的多光谱分离光片组能够将白光同时通过四个不同的方向，分离出四个离散的单波长，并依次从上到下按照波长从长到短排列。其中能够分离的光的波长为632.8nm（红光波长）、532nm（绿光波长）、448nm（蓝光波长）和390nm（紫光波长）。3.根据权利要求1所述的一种多光谱探测器，其特征在于，将探测到的四个方向的光信号转换成频域光谱信号。该探测器能够将分布在空间中的四个不同位置的波长探测到，并将四个波长的光束整形、频谱分别集中到半径为0.5个单位长度，分别以（-1，1）、（1，1）、（-1，-1）、（1，-1）为圆心的四个圆孔位置。4.根据权利要求1所述的一种涡旋相位高通滤波器，其特征在于，将权利要求3中获得的四个不同位置的频段进行滤波处理。该滤波器由四个和权利要求3中圆孔一一对应的连续型涡旋相位板集成，是由仿真软件模拟生成，将生成的灰度图投射在空间光调制器上，在频域实现滤波。根据不同图像特点调整涡旋相位板的拓扑荷数，滤除光波中的低频部分，保留其中的高频部分。将滤波后的光束通过傅里叶变换透镜，像面呈现在ccd相机上。

技术总结
本发明公开了多光谱成像边缘探测系统，包括多偏角光波长分离片：对彩色编码图像所包含的不同波长的光进行多角度分光，按照不同波长从上到下竖直分布；多光谱探测器：探测出不同波长的光束所在的位置，并将频段集中分布在四个不重合的地方；涡旋相位高通滤波器：对多个频段进行相位连续变化的滤波处理，不同波长的光束在高频段得到增强，在CCD相机上获得对比度提高的滤波图像。本发明可以实现某种光粒子的捕获，广泛应用在航天、医学等领域的隐藏目标扫描探测器和信息追踪器中。标扫描探测器和信息追踪器中。


技术研发人员：匡登峰 孙梦
受保护的技术使用者：南开大学
技术研发日：2023.04.25
技术公布日：2023/8/1