为了解决量子图像处理中的图像增强问题, 提出了一种基于灰度级-彩色变换法的量子图像伪彩色编码方法。基于通用量子图像表示(GQIR) 模型, 对热金属码分段函数进行量子化, 并给出了该算法实现的量子线路图, 该量子线路设计分为量子 R 变换器、量子 G 变换器和量子 B 变换器三部分, 总的量子线路图所用基本量子门数为 2947。相比于经典伪彩色编码, 量子图像伪彩色编码基于量子态的叠加性和相干性, 实现了空间复杂度和时间复杂度的指数级降低。仿真实验结果表明该算法具有可行性。

双N步相移轮廓术虽然可以大大降低由于光栅条纹的非正弦性所导致的相位误差, 但增加了一倍的投影条纹数量, 降低了测量效率。针对此问题, 本文提出一种基于彩色编码光栅投影的双N步相移轮廓术, 它将原相移条纹和附加相移条纹编码成双色条纹, 融合到一幅彩色光栅条纹中投影, 然后从采集的彩色条纹中提取两套条纹的相位信息, 分别解包裹相位后, 融合两包裹相位以减小相位误差。为验证所提方法的有效性, 将该方法与两种典型的相位展开算法结合进行实验。实验结果证明, 所提方法能有效降低相位误差, 且不需要增加任何额外的光栅条纹, 测量效率提高了46%。

表面微小疵病在用不同波长的光照明时,其光学图像会存在不同程度的非线性放大畸变现象,对成像信息中的目标提取和信噪比(SNR)将产生一定的影响。提出利用红、绿、蓝三基色光源辐照下的疵病图像进行动态彩色编码成像的方法,经像素级图像融合后可实现高冗余信息的图像合成,从而在获取表面微小疵病丰富细节的同时可进一步提高信噪比。分析了针对三基色图像进行彩色编码的理论,提出了基于图像梯度的动态权值融合成像方法,同时给出了光谱非线性放大信号的噪声分析模型,通过理论分析和数值模拟两方面,充分验证了动态权值融合降低标准偏差的有效性。在明场表面疵病成像实验中,采用三基色平衡响应的彩色互补金属氧化物半导体(CMOS)相机,分别获取了单个微米量级表面疵病点的三基色滤波图像,并通过与传统边缘提取、非动态权值组合等方法的结果比对,验证该优化方法可得到一幅细节更为丰富的高SNR图像。在暗场表面疵病成像实验中,以图像灰度平均梯度和提取到的疵病数量为评价参数,即从优化图像质量和疵病识别能力两个方面,进一步验证该优化在高保真和低噪声方面的有效性。提出的动态彩色编码融合成像方法可有效降低光谱非线性放大带来的噪声。

为了减小编码光系统中的颜色耦合与颜色失衡的干扰, 提高形状与颜色重建的准确度, 建立了彩色编码光系统, 并对其所采用的编解码方法、颜色重建的两个相关环节及颜色校正方法进行了研究。首先, 给出了系统的彩色梯形相移强度比编解码法, 分析了编解码过程中存在的RGB基色相互耦合现象, 设计了应用Caspi模型硬件标定的颜色耦合校正方案; 然后, 给出了系统的逐点颜色重建法, 分析了颜色重建过程中由表面曲率导致的颜色失衡现象, 设计了利用表面几何信息校正颜色失衡的方案。实验结果表明: 校正后单一绿色图像中的红色分量值约为校正前的1/10; 单色表面色差约为01, 趋近于人眼颜色分辨率, 远低于校正前的04; 重建的单色复杂被测表面颜色均匀、视觉效果良好, 符合实际情况。提出的方法符合编码光系统抗干扰能力强的要求, 有助于提高形状与颜色重建的准确度。

针对红外图像对比度低、细节较差，且一般是黑白图像，不适宜于人眼观察，提出一种利用局部线性映射方法(LLE)的红外成像彩色化方法。该方法寻求灰度空间到色彩空间的映射，实现红外图像到彩色红外图像的转变，先将目标红外图像和彩色模板图像转换至YUV颜色空间，分离亮度和色彩信息;然后将目标红外图像的每个像素及邻域像素的灰度值串接成矢量，并均匀从彩色模板图像选取部分像素按相同方法串接成矢量，采用欧氏距离搜索最近邻并计算最佳的匹配系数，经色彩值(即U和V分量)计算将模板图像的彩色传递给目标红外图像后搜索亮度最大值的像素邻域并经自动阈值伪彩色编码处理，突出显示重要目标，得到处理后的彩色红外图像。将算法应用于实验室自主开发的热像仪，算法作用后的红外图像不但有了适于人眼视觉的彩色信息，而且用红、黄等敏感色突出了重点热目标，提高了人眼发现和识别目标的速度，实验结果表明，算法有利于侦察人员长时间的目标观察和识别目标。

彩色结构光系统利用彩色投影机与摄像机中的三个颜色通道，同时投影和采集三幅条纹图像，拍摄一次即可实现形貌测量，但其无法测量彩色物体，通道间的串扰也降低了精度。提出了一种新的系统，利用三个摄像机采集三个通道，并利用严格设计的分色棱镜和滤光片，消除了彩色结构光系统中常见的波长通道间的颜色串扰。基于三步位移法，分析了拍摄两次图像获得彩色物体形貌的过程，并针对该系统提出了校正方法。利用上述方法，拍摄两次即可得到彩色的物体形貌。

针对彩色编码条纹投影轮廓术中，被测物体表面颜色易与投影条纹颜色发生干扰的问题，提出了一种新的基于互补色编码条纹投影的三维测量方法。先后向被测物体投影一幅主彩色编码正弦条纹图和一幅与前者包含的彩色编码条纹颜色互为补色的彩色条纹图。利用两者颜色互补的特点，判断两幅图像中对应像素点的颜色状态来确定其在主彩色编码正弦条纹图中所属条纹的正确颜色，解决物体表面颜色干扰导致的条纹颜色误判问题，得到准确的彩色编码信息。采用傅里叶变换法获取主彩色编码正弦条纹图中包含的正弦条纹的包裹相位，基于彩色编码信息展开相位。实验表明，提出的方法能有效降低被测物体表面颜色对投影条纹颜色的干扰，可靠地实现物体的三维测量。

针对条纹投影术提取物体高度信息的问题，提出了一种新的基于彩色光栅投影的三维测量方法。对选取G分量为255，R，B分量各取0或255而组成的青、白、黄、绿四色遵循格雷码原理进行编码，然后将G分量作正弦调制形成投影光栅投向被测物体。提取采集到的光栅变形图中G分量，利用傅里叶变换方法得到其初始相位；同时对采集到图像中的R，B分量作阈值迭代分割而G分量自动赋值为255,综合三分量信息得到条纹颜色信息进而获取条纹的周期信息，从而展开相位。全过程仅需投影一幅彩色光栅图就能完成三维测量，实验结果表明该算法易于实现，在测量实时性和精确性上表现良好。

研究基于色彩传递的单波段热成像自然感彩色化处理算法,提出一种应用伪彩色编码突出显示热目标的方法。方法首先选定适当的参考图像并对亮度通道做线性变换,然后基于通道间相关性很小的lαβ颜色空间,利用图像像素邻域亮度通道的均值和标准差进行像素间的相互匹配,将参考图像的色彩传递给单波段红外图像,最后寻找色彩传递结果图像中亮度接近最大值的像素,将它们的颜色映射到彩虹编码的高温端,以红色调突出显示。算法用于几种场景类型的单波段红外图像,得到了色彩自然感较好的彩色化热图像,能够避免长时间观察热图像造成视觉疲劳的问题; 突出场景热目标,在保留背景深度感的基础上,可有效提升观察者的目标识别能力。

针对偏振度编码成像在目标探测识别中的优点,本文分析了偏振探测的消偏振机理,以及表面散射和体散射对目标偏振度的影响。利用808nm半导体激光器照明,目标的后向散射光由卡塞格林望远镜接收,经过偏振分光棱镜成像在两个CCD上,通过一次测量获得偏振状态相互垂直的两幅图像,然后计算出目标的强度和偏振度,分别利用强度和偏振度编码成像。实验结果表明,在目标的反射率相近时,强度图像不能区分不同材料的目标,偏振度图像可以区分,融合强度和偏振度图像进行HSI伪彩色编码,可以达到目标探测、分类等目的。