激光光斑图像伪彩色处理方法研究

胡维星　张海庄　彭阁鹏　李鹏　曾庆平

摘要：激光光斑灰度图像分辨率较低、可视化效果差，为了提高激光光斑图像的显示分辨率，根据人眼对彩色图像非常敏感的特性，利用RGB三基色机理，采用映射函数将黑白图像256个灰度级转化为按可见光谱中彩色光的波长来表示的伪彩色图像，从而实现了激光光斑灰度图像的伪彩色处理。通过激光光斑灰色图像和伪彩色图像的比较可知，伪彩色光斑图像内部细节清晰、分辨率较高，视觉效果也比较自然，更能够全面生动地体现激光光斑图像所表示的相关信息。

关键词：激光光斑图像； 伪彩色处理； 彩色图像； 空间域

中图分类号：TN247?34 文献标识码：A 文章编号：1004?373X（2013）02?0026?03

0 引 言

人类传递的信息有70%是视觉信息，图像信息是传递信息的重要媒体和手段[1]，激光光斑的图像中蕴含着激光的各种参数信息，包括激光的发散角、激光的强度、能量密度分布等重要的激光特性参数。但在实际应用中，直接采集到的激光光斑图像都是灰度图像[2-3]，例如，常用的摄像法采集处理得到的激光光斑图像都是灰度图像[4]，人眼对不同等级的灰度分辩能力是较差的，一般只能区分几十余种灰度。

人眼对彩色却非常敏感，能辨别出成千上万种不同的颜色[5?7]。因此，若能把显示或记录时黑白图象的各种灰度值按照一种函数关系映射成相应强度值的彩色图像，无疑可极大地提高激光光斑图象的分辩率。本文重点对激光光斑图像的伪彩色处理方法进行研究，以实现光斑灰度图像的伪彩色显示，提高光斑图像的显示分辨率。

1 伪彩色变换原理

目前数字图像存储格式种类很多，根据需求不同可分为PEG格式、PCX格式、TIF格式、GIF格式、RAWJ格式、BMP格式等，其中BMP格式图像是采用RGB颜色模式，能够存贮灰度图像、256色彩色等类型的图像。激光光斑灰度图像由于色彩单一，人眼很难直接清楚地灰度图像中看出激光通过大气传输之后的光强分布情况，不利于事后的分析处理，所以有必要对激光光斑的灰度图像进行伪彩色处理。

彩色变换是一种很好的图像显示增强技术，灰度图像伪彩色处理就是根据图像亮度的不同对图像细节进行加工处理，最终得到视觉效果更好、更有助于人眼识别、应用更方便的图像。根据所采用变化方法的不同，可分为伪彩色图像变换和假彩色图像变换。将一幅彩色图像映射为另一幅彩色图像的变换方法称为假彩色变换，而将一幅灰度图像映射为一幅彩色图像的变换方式称为伪彩色变换[8]。伪彩色变换就是把图像的各个灰度值按一定的线性或非线性函数关系映射成相应的颜色，不同的灰度级对应不同的色彩[9]。灰度图像变换为伪彩色图像，图像中像素的位置并不改变，只是将灰度图像中不同亮度的值变换为队员的彩色，是图像处理中一种比较实用的技术手段。灰度图像伪彩色变换方法根据图像应用方面的需求可分为频率域和空间域两种。

频率域伪彩色变换法主要采用频率滤波的法进行图像处理，变化实现的伪彩色图像与原灰色图像的空间频率成分相关，而与灰度图像的灰度级无关。空间域伪彩色变换实现方法很多，如互补色法、密度分层法、灰度级一彩色变换法等。互补色法是利用灰度图像和彩色图像的对应关系，将灰度图像中相邻的灰度级设置为互补颜色，以实现图像色彩的变换。密度分层法是人为地把灰度图像中不同灰度级的像素设置为不同的颜色，由于灰度级区分和设置方法的不同，决定了互补色法是不连续的伪彩色图像处理方法，这种方法比较烦琐、费时，应用范围很少。灰度级一彩色变换法则是一种连续的伪彩色处理技术，实质上是建立图像的灰度级与颜色的一种影射关系。彩色图像是由红（R）、绿（G）、蓝（B）三基色叠加而成，每一基色便是一幅灰度图，因此，彩色增强可以说是建立在灰度图增强基础上的。

2 激光光斑图像伪彩色处理方法

人的视觉特性决定了人眼对灰度图像的分辨力较差，而对彩色图像的分辨力远高，所以将采集到的激光光斑灰度图像按照伪彩色变换方法转换为彩色图像，能够极大地提高光斑图像内部蕴含的激光特性参数信息。伪彩色变换处理方法都是直接基于RGB三基色空间实现的，灰度级一彩色变换法更为通用，它使用的是光滑的非线性变换函数，能得到比密度分割法范围更宽的伪彩色增强结果。变换函数的选择是灰度级一彩色变换法的关键，目前主要以选取绝对值的正弦函数作为变换函数为主。

根据色度学原理，任何一种颜色都可以由红（R）、绿（G）、蓝（B）三基色按不同的比例来合成，因此，伪彩色处理首先要设定红、绿、蓝三个变换函数，对应每一个像素都有相应的红、绿、蓝输出，之后三者又合成一个颜色[9]，如图1所示。

灰度级一彩色变换法是在每个像素所对应的灰度级上构建三个变换函数，每个变换函数再进行一次独立变换，用以表示RGB三基色强度，变换过程所用方程如下[10]：

图2 激光光斑的灰度图像

图3的激光光斑伪彩色图像是一幅单色图像阵列的色彩映射，它倾向于增强图像内细节的可检测性。这种加伪彩色处理的光斑图像能够满足人类视觉的统计特性，视觉效果也比较自然。

通过比较可以看出，伪彩色处理的光斑图像比灰度图像具有明显的高分辨率，图像的可视性也明显的得到了提高。

图3 激光光斑的伪彩色图像

3 结 语

根据人眼对颜色的分辨力远超过对灰度等级的分辨力的特性，本文通过灰度级一彩色变换法将激光光斑的灰度图像转换为色彩连续变化的伪彩色图像，极大地提高图像的显示分辨率，以反映光斑不同区域能量分布的相对大小和位置，方便观察激光的能量分布，突出了光斑的特征，为光束质量的评判提供了重要依据。

参考文献

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