一種基于數(shù)碼相機的多光譜圖像獲取方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于數(shù)碼相機的多光譜圖像獲取方法。首先搭建具有良好照明均勻性及穩(wěn)定性的照明拍攝環(huán)境，并對數(shù)碼相機焦距、白平衡、光圈、快門速度、ISO值等參數(shù)進行手動設置。在此基礎上獲取訓練樣本色卡及目標樣本的數(shù)字化圖像。然后采用基于局部訓練樣本的多項式模型實現(xiàn)RGB值到XYZLMS值的預測，最后采用偽逆法實現(xiàn)XYZLMS值到光譜值的預測，最終實現(xiàn)基于數(shù)碼相機的多光譜圖像獲取。本發(fā)明可以廣泛應用于文物古跡、文化藝術品、歷史文檔等的數(shù)字化典藏，機器視覺、遠程醫(yī)療、光譜顏色管理、動植物病蟲害檢測等應用中多光譜圖像的獲取。
【專利說明】一種基于數(shù)碼相機的多光譜圖像獲取方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于圖像處理領域，具體涉及一種基于普通商用數(shù)碼相機的多光譜圖像獲取方法，該方法可以廣泛應用于文物古跡、文化藝術品、歷史文檔等的數(shù)字化典藏，機器視覺、遠程醫(yī)療、光譜顏色管理、動植物病蟲害檢測等應用中多光譜圖像的獲取。
【背景技術】
[0002]隨著數(shù)字信息技術的全面、系統(tǒng)、縱深化發(fā)展，實際生產(chǎn)生活應用中對源物體顏色信息的采集精度要求越來越高。例如在文物古跡、文化藝術品、歷史文檔的數(shù)字典藏應用領域，隨著時間的推移文物藝術品難免出現(xiàn)風化霉變褪色等現(xiàn)象，迫切需要高保真地永久數(shù)字儲藏藝術瑰寶的完整原始顏色信息。在機器視覺、遠程醫(yī)療、光譜顏色管理、動植物病蟲害檢測等應用領域，也需要盡可能準確的獲取目標物體的光譜顏色信息，以方便準確地對其相關信息進一步分析和處理。傳統(tǒng)的基于三原色的物體顏色信息采集技術只能在特定的照明觀察環(huán)境下實現(xiàn)物體三維顏色信息獲取，這限制了諸如文物古跡、文化藝術品、歷史文檔的數(shù)字典藏以及機器視覺、遠程醫(yī)療、光譜顏色管理、動植物病蟲害檢測等對物體顏色信息有較高要求應用領域的快速發(fā)展。
[0003]多光譜系統(tǒng)能夠獲取目標物體的光譜顏色信息，可以有效解決基于三原色的物體顏色信息采集技術中存在的問題。多光譜系統(tǒng)主要包括光源、濾光片和傳感器三個核心要素。目前主要有三種方式搭建多光譜系統(tǒng)，分別為“N個窄帶光源一傳感器”、“光源一 N個窄帶濾光片一傳感器”和“光源一 N個窄帶傳感器”(N為通道個數(shù))。其中最典型的為“光源一 N個窄帶濾光片一傳感器”這種通過濾光片獲取多個通道光譜圖像信息的系統(tǒng)，主要有轉(zhuǎn)輪和液晶調(diào)諧兩種濾光片實現(xiàn)方式。轉(zhuǎn)輪法將各個濾光片分別放置在轉(zhuǎn)輪上，只需將濾光片旋轉(zhuǎn)到傳感器前方拍攝即可獲得該通道對應的多光譜圖像，其結(jié)構簡單直觀，但系統(tǒng)較龐大，且拍攝一幅圖像需通過機械方式轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)輪，效率較低，因此近年來逐漸被液晶調(diào)諧濾光片所代替，該方式可以迅速調(diào)節(jié)濾光片的峰值波長及帶寬，獲取多光譜圖像的效率較高。“N個窄帶光源一傳感器”系統(tǒng)則通過N個窄帶LED光源獲取多光譜圖像，主要用在固定光源照明的掃描儀系統(tǒng)上，該方式獲取多光譜圖像的速度及精度較高，但對任意照明環(huán)境下的對象不適用，且對拍攝對象的形狀有特殊要求。“光源一 N個窄帶傳感器”則通過N個傳感器獲得多光譜圖像，該系統(tǒng)獲取多光譜圖像的效率較高，但卻存在各個傳感器獲得圖像對準困難的問題。無論采用何種方式獲取多光譜圖像，目前的多光譜系統(tǒng)均不同程度地存在結(jié)構復雜龐大、價格昂貴、效率較低等問題。
[0004]數(shù)碼相機在人們?nèi)粘Ｉ詈凸まr(nóng)業(yè)生產(chǎn)中取得了廣泛應用，具有成本低、體積小、方便實用等優(yōu)點。如果能夠利用數(shù)碼相機獲取目標物體的多光譜圖像，則可以很大程度上促進文物古跡、文化藝術品、歷史文檔等的數(shù)字化典藏以及機器視覺、遠程醫(yī)療、光譜顏色管理、動植物病蟲害檢測等應用領域的發(fā)展。普通商用數(shù)碼相機只有3個通道，而有效表征物體的光譜顏色信息需要31維數(shù)據(jù)，如何基于3維數(shù)據(jù)重構31維數(shù)據(jù)是能否采用數(shù)碼相機有效獲取目標物體多光譜圖像的關鍵核心技術。本發(fā)明首先將數(shù)碼相機3維數(shù)據(jù)映射到XYZLMS空間中的6維數(shù)據(jù)，在此基礎上估計出能夠表示物體光譜反射比信息的31維數(shù)據(jù)，該發(fā)明能夠準確獲取目標物體的多光譜圖像。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明針對現(xiàn)有技術的不足，提出了一種基于數(shù)碼相機的多光譜圖像獲取方法。具體步驟如下:
[0006]步驟一:在具體應用環(huán)境中搭建一個照明均勻及穩(wěn)定的照明拍攝環(huán)境；
[0007]步驟二:手動調(diào)節(jié)數(shù)碼相機焦距、白平衡、光圈、快門速度、ISO值，使得拍攝目標能夠清晰成像，拍攝圖像無偏色，拍攝過程及結(jié)果具有良好的重復性；
[0008]步驟三:制作用于獲取模型參數(shù)的訓練樣本色卡，訓練樣本色卡介質(zhì)應與待測量目標樣本介質(zhì)相同，訓練樣本色卡中的色塊顏色分布范圍能夠包含測量目標顏色樣本的顏色，訓練樣本色卡中色塊顏色均勻分布在顏色空間中。
[0009]步驟四:根據(jù)期望優(yōu)先在目標照明體或光源下準確獲取目標樣本的多光譜圖像，挑選兩個照明體或光源。
[0010]步驟五:測量訓練樣本色卡中各個色塊的光譜反射比，并按照式(1)-(4)計算在兩個選定的照明體或光源下各個色塊的XYZLMS值；
【權利要求】
1.一種基于數(shù)碼相機的多光譜圖像獲取方法，其特征在于，具體步驟如下: 步驟一:在具體應用環(huán)境中搭建一個照明均勻及穩(wěn)定的照明拍攝環(huán)境； 步驟二:手動調(diào)節(jié)數(shù)碼相機焦距、白平衡、光圈、快門速度、ISO值，使得拍攝目標能夠清晰成像，拍攝圖像無偏色，拍攝過程及結(jié)果具有良好的重復性； 步驟三:制作用于獲取模型參數(shù)的訓練樣本色卡，訓練樣本色卡介質(zhì)應與待測量目標樣本介質(zhì)相同，訓練樣本色卡中的色塊顏色分布范圍能夠包含測量目標顏色樣本的顏色，訓練樣本色卡中色塊顏色均勻分布在顏色空間中； 步驟四:根據(jù)期望優(yōu)先在目標照明體或光源下準確獲取目標樣本的多光譜圖像，挑選兩個照明體或光源； 步驟五:測量訓練樣本色卡中各個色塊的光譜反射比，并按照式(1)-(4)計算在兩個選定的照明體或光源下各個色塊的XYZLMS值；

【文檔編號】H04N5/232GK103973980SQ201410175470
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年4月25日 優(yōu)先權日:2014年4月25日
【發(fā)明者】張顯斗, 楊躍川 申請人:杭州電子科技大學