多光譜采集系統(tǒng)的標(biāo)定方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提出一種多光譜采集系統(tǒng)的標(biāo)定方法，包括以下步驟：通過雙路多光譜采集系統(tǒng)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)光源下的場(chǎng)景信息進(jìn)行采集以得到雙路多光譜圖像；根據(jù)其中一路多光譜圖像采樣點(diǎn)的光譜信息、標(biāo)準(zhǔn)光源的光譜特征及多光譜采集系統(tǒng)的光路特征，對(duì)采樣點(diǎn)的光譜進(jìn)行光譜標(biāo)定；提供兩個(gè)不同掃描方向的掃描視頻并通過標(biāo)定視頻演示裝置進(jìn)行演示，在演示時(shí)分別對(duì)兩個(gè)掃描視頻進(jìn)行拍攝；根據(jù)拍攝的兩個(gè)掃描視頻得到采樣點(diǎn)的匹配點(diǎn)，以完成采樣點(diǎn)的空間位置標(biāo)定。本發(fā)明能夠準(zhǔn)確地對(duì)雙路多光譜采集系統(tǒng)進(jìn)行光譜標(biāo)定，精確地將兩路采集圖像的空間位置進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)匹配，使雙路多光譜采集系統(tǒng)能有效地對(duì)光譜圖像進(jìn)行采集。本發(fā)明還提出一種多光譜采集系統(tǒng)的標(biāo)定系統(tǒng)。
【專利說明】多光譜采集系統(tǒng)的標(biāo)定方法及系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光譜計(jì)算和計(jì)算攝像學(xué)【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種多光譜采集系統(tǒng)的標(biāo)定方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著傳感成像技術(shù)、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、計(jì)算機(jī)視覺以及數(shù)字媒體處理技術(shù)等的快速發(fā)展，一門以計(jì)算采集與重構(gòu)技術(shù)為核心的全新學(xué)科——計(jì)算攝像學(xué)逐漸形成。計(jì)算攝像學(xué)將計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、計(jì)算機(jī)視覺等計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代傳感器以及現(xiàn)代光學(xué)等技術(shù)相結(jié)合，從而達(dá)到提高與增強(qiáng)數(shù)字?jǐn)z像學(xué)的能力，獲得傳統(tǒng)攝像技術(shù)無法獲得的圖像和視頻的目的。近年來，計(jì)算攝像學(xué)作為一個(gè)快速發(fā)展的新興交叉學(xué)科，已經(jīng)成為了國(guó)際前沿研究熱點(diǎn)。
[0003]盡管近年來數(shù)字傳感技術(shù)的發(fā)展巨大，數(shù)碼相機(jī)已經(jīng)取代了傳統(tǒng)膠卷相機(jī)的地位，但是現(xiàn)代數(shù)字?jǐn)z像技術(shù)并沒有改變傳統(tǒng)相機(jī)小孔成像的原理，其工作原理仍是將高維場(chǎng)景(常用七維全光函數(shù)表示)經(jīng)過光學(xué)系統(tǒng)投影到二維的傳感器，進(jìn)行采樣數(shù)字化處理后形成計(jì)算機(jī)可顯示的圖像。由此可以看出，在投影和采樣數(shù)字化的過程中，現(xiàn)有的數(shù)字?jǐn)z影技術(shù)不可避免地存在的全光函數(shù)其它維度上信息的丟失與耦合等固有問題。
[0004]計(jì)算攝像學(xué)正是從這一角度出發(fā)，通過引入計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代傳感器和現(xiàn)代光學(xué)等技術(shù)，設(shè)計(jì)新型的采集系統(tǒng)和采集機(jī)制，對(duì)視覺世界信息進(jìn)行編解碼與重構(gòu)，從而盡可能的獲得原場(chǎng)景的多維信息。光譜采集技術(shù)正是計(jì)算攝像學(xué)的其中一個(gè)很重要的研究方向。早期的彩色成像技術(shù)曾試圖想通過獲得光譜特性加以得到，在100多年前，諾貝爾獎(jiǎng)得主李普曼就嘗試通過光的干涉原理來采集光譜，從而得到顏色信息，但這一方法設(shè)備復(fù)雜且需要很長(zhǎng)的測(cè)量時(shí)間。人眼視覺系統(tǒng)有三種視錐細(xì)胞，分別對(duì)光譜中三個(gè)不同的頻段感應(yīng)并以紅、綠、藍(lán)三種顏色的形式被人所感知，從而組成人眼的自然圖像。與此相應(yīng)，傳統(tǒng)意義上的彩色照相與攝影技術(shù)中常常采用麥克斯韋的三原色(RGB: Red，Green，Blue)成像原理，通過CCD不同的顏色積分曲線去捕捉場(chǎng)景的RGB三通道信息。
[0005]自然場(chǎng)景中常常包含有豐富完整而有意義的光譜信息，如果僅僅對(duì)RGB三通道進(jìn)行捕捉，將不可避免地喪失了整個(gè)光譜中的大量有意義的細(xì)節(jié)信息，而這些細(xì)節(jié)信息常常在科研、軍事、醫(yī)療等諸多領(lǐng)域具有重要意義。計(jì)算攝像學(xué)領(lǐng)域中的多光譜采集技術(shù)正是從這一角度出發(fā)，基于計(jì)算攝像的新型成像技術(shù)，對(duì)整個(gè)場(chǎng)景中的光譜信息進(jìn)行采集與重構(gòu)的工作。
[0006]根據(jù)技術(shù)要求和采集條件的不同，現(xiàn)有的多光譜采集系統(tǒng)可以分為三類:光譜分析儀、掃描式光譜成像儀和單次拍攝成像光譜儀。各種技術(shù)解決方案都是通過犧牲空間或時(shí)間分辨率的方式對(duì)于光譜分辨率進(jìn)行補(bǔ)償，以采集多光譜信息，如何獲得高時(shí)間分辨率、高空間分辨率、高光譜分辨率的場(chǎng)景信息仍然是一個(gè)難題。2011年初，一種基于混合相機(jī)系統(tǒng)的進(jìn)行多光譜采集系統(tǒng)被提出，其在犧牲空間分辨率獲得附加光譜分辨率的同時(shí)，使用雙路采集的技術(shù)，對(duì)場(chǎng)景進(jìn)行雙路采集，從得到的多路數(shù)據(jù)中重構(gòu)出高時(shí)空分辨率的多光譜視頻，實(shí)現(xiàn)了一種多光譜采集技術(shù)。其后，一種可以實(shí)現(xiàn)更大景深范圍和光通量的高分辨率多光譜數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)被提出，它采用成像物鏡裝置、掩膜采樣裝置、雙阿米西棱鏡分光裝置對(duì)場(chǎng)景進(jìn)行雙路采集。雖然上述提到的工作均采用雙路采集的方式，較好地多光譜視頻信息進(jìn)行采集和初步的標(biāo)定，但是其仍缺乏一種精確的空間幾何標(biāo)定和光譜標(biāo)定方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明旨在至少解決上述技術(shù)問題之一或至少提供一種有用的商業(yè)選擇。
[0008]為此，本發(fā)明的一個(gè)目的在于提出一種多光譜采集系統(tǒng)的標(biāo)定方法，該方法能夠準(zhǔn)確地對(duì)雙路多光譜采集系統(tǒng)進(jìn)行光譜標(biāo)定，并精確地將兩路采集圖像的空間位置進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)匹配，從而使雙路多光譜采集系統(tǒng)能有效地采集場(chǎng)景的多光譜圖像。
[0009]本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提出一種多光譜采集系統(tǒng)的標(biāo)定系統(tǒng)。
[0010]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明第一方面的實(shí)施例提出了一種多光譜采集系統(tǒng)的標(biāo)定方法，包括以下步驟:S1:通過雙路多光譜采集系統(tǒng)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)光源下的場(chǎng)景信息進(jìn)行采集以得到雙路多光譜圖像，所述雙路多光譜圖像包括多光譜圖像和RGB彩色圖像；S2:根據(jù)所述多光譜圖像的采樣點(diǎn)的多光譜信息、所述標(biāo)準(zhǔn)光源的光譜特征及所述多光譜采集系統(tǒng)的光路特征，對(duì)采樣點(diǎn)的光譜進(jìn)行光譜標(biāo)定；S3:提供兩個(gè)不同掃描方向的掃描視頻并通過標(biāo)定視頻演示裝置進(jìn)行演示，在演示的同時(shí)使用所述雙路多光譜采集系統(tǒng)分別對(duì)所述兩個(gè)不同掃描方向的掃描視頻進(jìn)行拍攝；S4:基于所述光譜標(biāo)定，根據(jù)拍攝的兩個(gè)不同掃描方向的掃描視頻得到所述采樣點(diǎn)的匹配點(diǎn)，以完成所述采樣點(diǎn)的空間位置標(biāo)定。
[0011]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的多光譜采集系統(tǒng)的標(biāo)定方法，可使多光譜采集系統(tǒng)能夠精確地對(duì)雙路多光譜采集系統(tǒng)進(jìn)行光譜標(biāo)定，精確地將兩路采集圖像的空間位置進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)匹配，為場(chǎng)景光線的光譜信息的有效采集提供了良好的基礎(chǔ)，使雙路多光譜采集系統(tǒng)能夠精確地對(duì)光譜圖像進(jìn)行采集。
[0012]另外，根據(jù)本發(fā)明上述實(shí)施例的多光譜采集系統(tǒng)的標(biāo)定方法還可以具有如下附加的技術(shù)特征:
[0013]在本發(fā)明的實(shí)施例中，所述通過雙路多光譜采集系統(tǒng)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)光源下的場(chǎng)景信息進(jìn)行采集以得到雙路多光譜圖像，具體包括:使用標(biāo)準(zhǔn)光源對(duì)白屏進(jìn)行照射，將場(chǎng)景的光線用分光鏡分為兩路，將其中一路光線通過掩膜進(jìn)行采樣，并通過三棱鏡對(duì)采樣的光線束進(jìn)行色散，所述光線在空間中橫向發(fā)散，并通過灰度相機(jī)對(duì)色散后的光線進(jìn)行拍攝，獲得采樣后的光譜圖像，對(duì)于另一路光線使用RGB相機(jī)直接拍攝獲得彩色RGB圖像。
[0014]在本發(fā)明的實(shí)施例中，所述通過雙路多光譜采集系統(tǒng)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)光源下的場(chǎng)景信息進(jìn)行采集以得到雙路多光譜圖像，還包括:在所述掩膜和所述分光鏡之間加入第一透鏡，以及在所述掩膜和所述三棱鏡之間加入第二透鏡，并將所述三棱鏡替換為雙阿米西棱鏡。
[0015]在本發(fā)明的實(shí)施例中，所述標(biāo)準(zhǔn)光源為熒光燈。
[0016]在本發(fā)明的實(shí)施例中，所述對(duì)采樣點(diǎn)的光譜進(jìn)行光譜標(biāo)定進(jìn)一步包括:分析所述多光譜采集系統(tǒng)的光路，并根據(jù)所述多光譜采集系統(tǒng)的參數(shù)對(duì)所述多光譜采集系統(tǒng)進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)以得到空間位置函數(shù)；對(duì)其中一路光譜圖像中采樣點(diǎn)的空間位置進(jìn)行檢測(cè)，并對(duì)每個(gè)采樣點(diǎn)的光譜帶進(jìn)行標(biāo)記，標(biāo)記出所述標(biāo)準(zhǔn)光源的光線的特征譜段的空間位置；將所述空間位置作為控制點(diǎn)，并通過B樣條曲線插值法，對(duì)所述采樣點(diǎn)的整條光譜進(jìn)行光譜標(biāo)定。
[0017]在本發(fā)明的實(shí)施例中，所述兩個(gè)不同掃描方向的掃描視頻的背景為黑色，且其規(guī)律圖形條紋沿兩個(gè)不同方向進(jìn)行掃描。
[0018]在本發(fā)明的實(shí)施例中，所述兩個(gè)不同掃描方向上的掃描視頻包括:第一掃描視頻，所述第一掃描視頻的背景為黑色，圖案為白色條狀豎線，且所述第一掃描視頻的條紋隨時(shí)間從左向右移動(dòng)；第二掃描視頻，所述第二掃描視頻的背景為黑色，圖案為白色條狀橫線的視頻，且所述第二掃描視頻的條紋隨時(shí)間從上向下移動(dòng)。
[0019]在本發(fā)明的實(shí)施例中，所述標(biāo)定視頻演示裝置為液晶顯示器或投影儀。
[0020]在本發(fā)明的實(shí)施例中，所述完成所述采樣點(diǎn)的空間位置標(biāo)定，進(jìn)一步包括:對(duì)其中一路多光譜采樣視頻進(jìn)行分析，找出采樣點(diǎn)被照亮的時(shí)間段，并將所述時(shí)間段作為所述采樣點(diǎn)的對(duì)準(zhǔn)時(shí)刻，并根據(jù)掃描視頻的特征，找出相應(yīng)時(shí)刻下另一路RGB相機(jī)的對(duì)應(yīng)點(diǎn)，并將所述對(duì)應(yīng)點(diǎn)作為所述采樣點(diǎn)的對(duì)應(yīng)點(diǎn)，以完成空間位置標(biāo)定。
[0021]本發(fā)明第二方面的實(shí)施例提出了一種多光譜采集系統(tǒng)的標(biāo)定系統(tǒng)，包括:雙路多光譜采集模塊，所述雙路多光譜采集模塊用于采集雙路多光譜視頻圖像，且其中一路采集模塊對(duì)場(chǎng)景的光譜圖像進(jìn)行采樣并采集，以獲得采樣點(diǎn)的光譜信息，另一路采集模塊采集獲得場(chǎng)景的RGB圖像；標(biāo)定視頻演示模塊，所述標(biāo)定視頻演示模塊用于提供標(biāo)準(zhǔn)視頻場(chǎng)景，或提供標(biāo)準(zhǔn)光源下的特定場(chǎng)景；計(jì)算標(biāo)定模塊，所述計(jì)算標(biāo)定模塊用于根據(jù)采集到的標(biāo)定場(chǎng)景的雙路光譜數(shù)據(jù)，對(duì)兩路的多光譜圖像進(jìn)行計(jì)算，從而對(duì)所述多光譜采集系統(tǒng)進(jìn)行光譜和空間位置標(biāo)定。
[0022]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的多光譜采集系統(tǒng)的標(biāo)定系統(tǒng)，可對(duì)雙路多光譜采集系統(tǒng)進(jìn)行精確地光譜標(biāo)定，精確地將兩路采集圖像的空間位置進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)匹配，為場(chǎng)景光線的光譜信息的有效采集提供了良好的基礎(chǔ)，使雙路多光譜采集系統(tǒng)能夠精確地對(duì)光譜圖像進(jìn)行采集。
[0023]另外，根據(jù)本發(fā)明上述實(shí)施例的多光譜采集系統(tǒng)的標(biāo)定系統(tǒng)還可以具有如下附加的技術(shù)特征:
[0024]在本發(fā)明的實(shí)施例中，所述雙路多光譜采集模塊進(jìn)一步包括:分光鏡，所述分光鏡用于將所述場(chǎng)景的光線分為兩路；掩膜，在所述其中一路采集模塊中，所述掩膜用于對(duì)所述場(chǎng)景進(jìn)行采樣；三棱鏡，所述三棱鏡用于對(duì)采樣后的光線進(jìn)行色散；灰度相機(jī)，所述灰度相機(jī)用于記錄色散后的光線，以得到所述采樣點(diǎn)的光譜信息；RGB相機(jī)，所述RGB相機(jī)用于采集經(jīng)過所述分光鏡的另一路光線，以得到彩色RGB圖像。
[0025]在本發(fā)明的實(shí)施例中，所述雙路多光譜采集模塊還包括:第一透鏡、第二透鏡和雙阿米西棱鏡，其中，所述第一透鏡設(shè)置在所述掩膜與所述分光鏡之間，所述第二透鏡設(shè)置在所述掩膜與所述三棱鏡之間，且所述三棱鏡被所述雙阿米西棱鏡替換。
[0026]在本發(fā)明的實(shí)施例中，所述標(biāo)定視頻演示模塊進(jìn)一步包括:熒光燈、投影儀或液晶顯示器、屏幕和電腦主機(jī)。
[0027]在本發(fā)明的實(shí)施例中，所述計(jì)算標(biāo)定模塊根據(jù)所述標(biāo)準(zhǔn)光源下采集獲得的一路多光譜采樣圖像進(jìn)行光譜標(biāo)定，并根據(jù)兩個(gè)不同方向上的掃描視頻進(jìn)行空間位置標(biāo)定。
[0028]本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實(shí)踐了解到。
【專利附圖】

【附圖說明】[0029]本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從結(jié)合下面附圖對(duì)實(shí)施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中:
[0030]圖1為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的多光譜采集系統(tǒng)的標(biāo)定方法的流程圖；
[0031]圖2為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的多光譜采集系統(tǒng)的標(biāo)定系統(tǒng)示意圖；
[0032]圖3為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例多光譜采集系統(tǒng)的標(biāo)定系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0033]下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。
[0034]在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語(yǔ)“中心”、“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡(jiǎn)化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。此外，術(shù)語(yǔ)“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對(duì)重要性。
[0035]在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語(yǔ)“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通。對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語(yǔ)在本發(fā)明中的具體含義。
[0036]以下結(jié)合附圖詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的多光譜采集系統(tǒng)的標(biāo)定方法及系統(tǒng)。
[0037]圖1為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的多光譜采集系統(tǒng)的標(biāo)定方法的流程圖。
[0038]如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的多光譜采集系統(tǒng)的標(biāo)定方法，包括以下步驟:
[0039]步驟S101，通過雙路多光譜采集系統(tǒng)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)光源下的場(chǎng)景信息進(jìn)行采集以得到雙路多光譜圖像，其中，該雙路多光譜圖像包括多光譜圖像和RGB彩色圖像。具體而言，對(duì)特定場(chǎng)景使用標(biāo)準(zhǔn)光源進(jìn)行照射，并通過雙路多光譜采集系統(tǒng)對(duì)場(chǎng)景進(jìn)行拍攝，從而獲得采樣后的低空間分辨率高光譜分辨率的多光譜圖像和高空間分辨率的RGB彩色圖像。
[0040]在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，使用熒光燈作為標(biāo)準(zhǔn)光源，對(duì)白屏場(chǎng)景進(jìn)行照射，雙路多光譜采集系統(tǒng)采集雙路多光譜圖像具體方法為:首先將場(chǎng)景的光線用分光鏡分為兩路，將其中一路光線通過掩膜進(jìn)行采樣，并通過三棱鏡對(duì)采樣的光線束進(jìn)行色散，該光線在空間中橫向發(fā)散，并通過灰度相機(jī)進(jìn)行采集，由此即可獲得場(chǎng)景的采樣后的高光譜分辨率低空間分辨率的多光譜圖像；為彌補(bǔ)采樣造成的空間分辨率丟失，另一路光線直接由RGB彩色相機(jī)進(jìn)行采集，拍攝獲得高空間分辨率的RGB彩色圖像，從信息傳輸?shù)慕嵌葋碚f，這保留了高分辨率場(chǎng)景的全部低光譜分辨率信息。
[0041]另外，如圖2所示，在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，在掩膜與分光鏡之間加入第一透鏡，在掩膜與三棱鏡之間加入第二透鏡，并將三棱鏡替換為雙阿米西棱鏡。
[0042]步驟S102，根據(jù)多光譜圖像的采樣點(diǎn)的多光譜信息、標(biāo)準(zhǔn)光源的光譜特征及多光譜系統(tǒng)的光路特征，對(duì)采樣點(diǎn)的光譜進(jìn)行光譜標(biāo)定。具體而言，首先分析多光譜采集系統(tǒng)的光路特性，根據(jù)多光譜采集系統(tǒng)的各參數(shù)對(duì)多光譜采集系統(tǒng)進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，得到估計(jì)的多光譜采集系統(tǒng)的光譜-空間位置函數(shù)；其次，對(duì)其中一路采集獲得的光譜圖像中采樣點(diǎn)的空間位置進(jìn)行檢測(cè)，并對(duì)每個(gè)采樣點(diǎn)的光譜帶進(jìn)行標(biāo)記，標(biāo)記出標(biāo)準(zhǔn)光源的光線的特征譜段的空間位置，在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，標(biāo)準(zhǔn)光源的光線的特征譜段為546.5nm和611.6nm。換言之即，根據(jù)熒光燈光線光譜在546.5nm和611.6nm處有兩個(gè)明顯的尖峰的特性，對(duì)采集獲得的多光譜圖像進(jìn)行檢測(cè)，標(biāo)出并記錄每個(gè)采樣光譜中尖峰對(duì)應(yīng)的空間位置；最后，對(duì)采樣點(diǎn)的整條光譜進(jìn)行光譜標(biāo)定，具體而言，即利用兩個(gè)尖峰作為控制點(diǎn)，采用基于B樣條曲線插值的方法，對(duì)于采集得到的光譜進(jìn)行光譜標(biāo)定，得到整條光譜每個(gè)像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)的光譜波長(zhǎng)。
[0043]步驟S103，提供兩個(gè)不同掃描方向的掃描視頻并通過標(biāo)定視頻演示裝置進(jìn)行演示，在演示的同時(shí)使用雙路多光譜采集系統(tǒng)分別對(duì)兩個(gè)不同掃描方向的掃描視頻進(jìn)行拍攝。其中，標(biāo)定視頻演示裝置可以為但不限于投影儀、白屏和液晶顯示器。場(chǎng)景的光線被雙路多光譜采集系統(tǒng)按上述過程所述的方法進(jìn)行采集，獲得并記錄了雙路多光譜圖像。
[0044]在上述步驟S103中，兩種不同掃描方向的掃描視頻的背景為黑色，且其規(guī)律圖像條紋沿著兩種不同方向進(jìn)行掃描，且校正精度與圖形的大小以及掃描速率密切相關(guān)，一般情況下，掃描速率越慢，圖形大小越小，校正精度一般相對(duì)越精確。
[0045]另外，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，兩種不同掃描方向上的掃描視頻包括:第一掃描視頻和第二掃描視頻。第一掃描視頻的背景為黑屏，圖案為白色條狀豎線，且其條紋隨時(shí)間從左向右移動(dòng)。第二掃描視頻的背景為黑屏，圖案為白色條狀橫線，且其條紋隨時(shí)間從上向下移動(dòng)。其中，第一掃描視頻和第二掃描視頻中條紋的寬度和移動(dòng)速度均可隨時(shí)進(jìn)行獨(dú)立調(diào)節(jié)，從而適應(yīng)雙路多光譜采集系統(tǒng)參數(shù)以及拍攝距離等的變化，確保到達(dá)最高的標(biāo)定精度。進(jìn)一步地，使用標(biāo)定視頻演示裝置分別對(duì)兩種不同方向上的視頻進(jìn)行演示，并使用雙路多光譜采集系統(tǒng)進(jìn)行采集并記錄，以獲得兩個(gè)雙路多光譜視頻圖像。
[0046]步驟S104，基于光譜標(biāo)定，根據(jù)拍攝的兩個(gè)不同掃描方向的掃描視頻，得到采樣點(diǎn)的匹配點(diǎn)，以完成該采樣點(diǎn)的空間位置標(biāo)定。具體地，對(duì)其中一路多光譜采樣視頻進(jìn)行分析，找出每個(gè)采樣點(diǎn)被照亮的時(shí)間段，作為該采樣點(diǎn)的對(duì)準(zhǔn)時(shí)刻，并根據(jù)掃描視頻的特征，獲取相應(yīng)時(shí)刻下另一路RGB圖像上的對(duì)應(yīng)點(diǎn)，并將該對(duì)應(yīng)點(diǎn)作為該采樣點(diǎn)的對(duì)應(yīng)點(diǎn)，以完成空間位置標(biāo)定。
[0047]具體而言，即在光譜標(biāo)定的基礎(chǔ)上，根據(jù)記錄的一路多光譜掃描視頻，求出每個(gè)時(shí)刻每個(gè)采樣點(diǎn)的平均光譜強(qiáng)度，從而分別找出兩種掃描方向上每個(gè)采樣點(diǎn)強(qiáng)度的最大值，將其乘以一定系數(shù)，作為判斷該采樣點(diǎn)是否被照亮的閾值，并對(duì)其中一路多光譜掃描視頻進(jìn)行分析，在兩段不同掃描方向的掃描視頻中，分別找出每個(gè)采樣點(diǎn)亮度超過閾值的時(shí)段(A?t2)，若該時(shí)段的中點(diǎn)值(t1+t2) /2為整數(shù)，則將其作為該采樣點(diǎn)的對(duì)準(zhǔn)時(shí)刻，若不為整數(shù)，則將其相鄰的兩個(gè)整數(shù)作為該采樣點(diǎn)的對(duì)準(zhǔn)時(shí)刻，再根據(jù)每個(gè)采樣點(diǎn)的不同掃描方向上的對(duì)準(zhǔn)時(shí)刻，找出相應(yīng)時(shí)刻下另一路RGB相機(jī)對(duì)應(yīng)拍攝的兩幅RGB彩色圖像。根據(jù)這兩幅RGB彩色圖像，找出其橫向條紋和縱向條紋交叉點(diǎn)的空間坐標(biāo)。若對(duì)準(zhǔn)時(shí)刻為兩個(gè)相鄰整數(shù)，且交叉點(diǎn)不唯一，則對(duì)所有交叉點(diǎn)的空間坐標(biāo)取平均值。并將求出的空間坐標(biāo)作為該采樣點(diǎn)在另一路RGB相機(jī)中所對(duì)應(yīng)的空間坐標(biāo)。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，上述過程可以簡(jiǎn)化為將每個(gè)采樣點(diǎn)強(qiáng)度取到其最大值所對(duì)應(yīng)的時(shí)刻為對(duì)準(zhǔn)時(shí)刻。
[0048]簡(jiǎn)言之，本發(fā)明實(shí)施例提出的多光譜采集系統(tǒng)的標(biāo)定方法，首先生成雙路多光譜圖像，利用雙路多光譜采集系統(tǒng)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)光源下的場(chǎng)景信息進(jìn)行采集，并根據(jù)其中一路采集的采樣點(diǎn)多光譜信息，以及標(biāo)準(zhǔn)光源的光譜特征和系統(tǒng)光路特征，對(duì)采樣點(diǎn)的光譜進(jìn)行標(biāo)定，再設(shè)計(jì)兩種不同掃描方向的掃描視頻，并利用雙路多光譜采集系統(tǒng)加以拍攝并記錄，最后根據(jù)拍攝獲得的兩個(gè)不同掃描方向的掃描視頻，找出每個(gè)采樣點(diǎn)的匹配點(diǎn)，以完成空間位置標(biāo)定。
[0049]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的多光譜采集系統(tǒng)的標(biāo)定方法，可使多光譜采集系統(tǒng)能夠精確地對(duì)光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，并精確地將兩路采集圖像的空間位置進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)匹配，為場(chǎng)景光線的光譜圖像信息的有效采集提供了良好的基礎(chǔ)。
[0050]圖3為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的多光譜采集系統(tǒng)的標(biāo)定系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。
[0051]如圖3所示，根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的多光譜采集系統(tǒng)的標(biāo)定系統(tǒng)300，包括:雙路多光譜采集模塊310、標(biāo)定視頻演示模塊320和計(jì)算標(biāo)定模塊330。
[0052]雙路多光譜采集模塊310用于采集雙路多光譜視頻圖像，且其中一路采集模塊對(duì)場(chǎng)景的光譜圖像進(jìn)行采樣并采集，以獲得每個(gè)采樣點(diǎn)的光譜信息，另一路采集模塊采集獲得場(chǎng)景的RGB圖像。
[0053]進(jìn)一步地，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，雙路多光譜采集模塊310包括:分光鏡、掩膜、三棱鏡、灰度相機(jī)和RGB相機(jī)。
[0054]具體地，使用分光鏡將場(chǎng)景光線分為兩路，分別對(duì)高空間分辨率RGB彩色圖像和高光譜分辨率低空間分辨率場(chǎng)景進(jìn)行采集，在采集高光譜分辨率低空間分辨率場(chǎng)景的一路光路中，用掩膜對(duì)場(chǎng)景進(jìn)行采樣，然后使用三棱鏡對(duì)光線進(jìn)行色散，使光線在空間中橫向散開，散開后的光線在高空間分辨率的灰度相機(jī)中被記錄下來，由此得到采樣點(diǎn)的光譜信息。為彌補(bǔ)采樣造成的空間分辨率上的丟失，由另一路相機(jī)負(fù)責(zé)采集高空間分辨率的彩色RGB圖像，則經(jīng)過分光鏡的另一部分光線直接被高空間分辨率的RGB相機(jī)所采集，以獲得彩色RGB圖像。
[0055]在本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例中，雙路多光譜采集模塊310還包括:第一透鏡、第二透鏡和雙阿米西棱鏡。其中，第一透鏡設(shè)置在掩膜和分光鏡之間，第二透鏡設(shè)置在掩膜和三棱鏡之間，且三棱鏡被雙阿米西棱鏡所替代。
[0056]標(biāo)定視頻演示模塊320用于提供標(biāo)準(zhǔn)視頻場(chǎng)景，或提供標(biāo)準(zhǔn)光源下的特定場(chǎng)景。
[0057]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，標(biāo)定視頻演示裝置320包括:熒光燈、投影儀或液晶顯示器、屏幕和電腦主機(jī)。其中，投影儀或液晶顯示器可將預(yù)先設(shè)定好的規(guī)律掃描視頻投影(即顯示)到屏幕上。熒光燈用于為標(biāo)定提供標(biāo)準(zhǔn)光源。在演示掃描視頻時(shí)，電腦主機(jī)用于設(shè)計(jì)掃描視頻并控制各個(gè)模塊之間的配合。
[0058]計(jì)算標(biāo)定模塊330用于根據(jù)采集到的雙路多光譜數(shù)據(jù)，對(duì)兩路的多光譜圖像進(jìn)行計(jì)算，從而對(duì)多光譜采集系統(tǒng)進(jìn)行光譜和空間位置標(biāo)定。具體地，計(jì)算標(biāo)定模塊330首先根據(jù)熒光燈下采集獲得的一路多光譜采樣圖像進(jìn)行光譜標(biāo)定，根據(jù)其光譜在546.5nm和611.6nm處有兩處尖峰的特性，計(jì)算獲得每個(gè)采樣點(diǎn)光譜條上每個(gè)像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)的光譜波長(zhǎng)，然后根據(jù)兩個(gè)不同方向上的掃描視頻進(jìn)行空間位置標(biāo)定，找出條紋對(duì)準(zhǔn)其中一路光路中每個(gè)采樣點(diǎn)的對(duì)準(zhǔn)時(shí)刻，從而標(biāo)定出另一路相機(jī)圖像中每個(gè)采樣點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的空間位置坐標(biāo)。[0059]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的多光譜采集系統(tǒng)的標(biāo)定系統(tǒng)，可使多光譜采集系統(tǒng)能夠精確地對(duì)多光譜圖像進(jìn)行采集，準(zhǔn)確地對(duì)雙路多光譜采集系統(tǒng)進(jìn)行光譜標(biāo)定，并精確地將兩路采集圖像的空間位置進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)匹配，為場(chǎng)景光線的光譜信息的有效采集提供了良好的基礎(chǔ)。
[0060]在本說明書的描述中，參考術(shù)語(yǔ)“一個(gè)實(shí)施例”、“一些實(shí)施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)包含于本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例或示例中。在本說明書中，對(duì)上述術(shù)語(yǔ)的示意性表述不一定指的是相同的實(shí)施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)可以在任何的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。
[0061]盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解:在不脫離本發(fā)明的原理和宗旨的情況下可以對(duì)這些實(shí)施例進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求及其等同限定。
【權(quán)利要求】
1.一種多光譜采集系統(tǒng)的標(biāo)定方法，其特征在于，包括以下步驟: S1:通過雙路多光譜采集系統(tǒng)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)光源下的場(chǎng)景信息進(jìn)行采集以得到雙路多光譜圖像，所述雙路多光譜圖像包括多光譜圖像和RGB彩色圖像； S2:根據(jù)所述多光譜圖像的采樣點(diǎn)的多光譜信息、所述標(biāo)準(zhǔn)光源的光譜特征及所述多光譜采集系統(tǒng)的光路特征，對(duì)采樣點(diǎn)的光譜進(jìn)行光譜標(biāo)定； S3:提供兩個(gè)不同掃描方向的掃描視頻并通過標(biāo)定視頻演示裝置進(jìn)行演示，在演示的同時(shí)使用所述雙路多光譜采集系統(tǒng)分別對(duì)所述兩個(gè)不同掃描方向的掃描視頻進(jìn)行拍攝； S4:基于所述光譜標(biāo)定，根據(jù)拍攝的兩個(gè)不同掃描方向的掃描視頻得到所述采樣點(diǎn)的匹配點(diǎn)，以完成所述采樣點(diǎn)的空間位置標(biāo)定。
2.如權(quán)利要求1所述的多光譜采集系統(tǒng)的標(biāo)定方法，其特征在于，所述通過雙路多光譜采集系統(tǒng)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)光源下的場(chǎng)景信息進(jìn)行采集以得到雙路多光譜圖像，具體包括: 使用標(biāo)準(zhǔn)光源對(duì)白屏進(jìn)行照射，將場(chǎng)景的光線用分光鏡分為兩路，將其中一路光線通過掩膜進(jìn)行采樣，并通過三棱鏡對(duì)采樣的光線束進(jìn)行色散，所述光線在空間中橫向發(fā)散，并通過灰度相機(jī)對(duì)色散后的光線進(jìn)行拍攝，獲得采樣后的多光譜圖像，對(duì)于另一路光線使用RGB相機(jī)直接拍攝獲得彩色RGB圖像。
3.如權(quán)利要求2所述的多光譜采集系統(tǒng)的標(biāo)定方法，其特征在于，所述通過雙路多光譜采集系統(tǒng)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)光源下的場(chǎng)景信息進(jìn)行采集以得到雙路多光譜圖像，還包括: 在所述掩膜和所述分光鏡之間加入第一透鏡，以及在所述掩膜和所述三棱鏡之間加入第二透鏡，并將所述三棱鏡替換為雙阿米西棱鏡。
4.如權(quán)利要求1所`述的多光譜采集系統(tǒng)的標(biāo)定方法，其特征在于，所述標(biāo)準(zhǔn)光源為熒光燈。
5.如權(quán)利要求1所述的多光譜采集系統(tǒng)的標(biāo)定方法，其特征在于，所述對(duì)采樣點(diǎn)的光譜進(jìn)行光譜標(biāo)定進(jìn)一步包括: 分析所述多光譜采集系統(tǒng)的光路，并根據(jù)所述多光譜采集系統(tǒng)的參數(shù)對(duì)所述多光譜采集系統(tǒng)進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)以得到空間位置函數(shù)； 對(duì)其中一路多光譜圖像中采樣點(diǎn)的空間位置進(jìn)行檢測(cè)，并對(duì)每個(gè)采樣點(diǎn)的光譜帶進(jìn)行標(biāo)記，標(biāo)記出所述標(biāo)準(zhǔn)光源的光線的特征譜段的空間位置； 將所述空間位置作為控制點(diǎn)，并通過B樣條曲線插值法，對(duì)所述采樣點(diǎn)的整條光譜進(jìn)行光譜標(biāo)定。
6.如權(quán)利要求1所述的多光譜采集系統(tǒng)的標(biāo)定方法，其特征在于，所述兩個(gè)不同掃描方向的掃描視頻的背景為黑色，且其規(guī)律圖形條紋沿兩個(gè)不同方向進(jìn)行掃描。
7.如權(quán)利要求6所述的多光譜采集系統(tǒng)的標(biāo)定方法，其特征在于，所述兩個(gè)不同掃描方向上的掃描視頻包括: 第一掃描視頻，所述第一掃描視頻的背景為黑色，圖案為白色條狀豎線，且所述第一掃描視頻的條紋隨時(shí)間從左向右移動(dòng)； 第二掃描視頻，所述第二掃描視頻的背景為黑色，圖案為白色條狀橫線的視頻，且所述第二掃描視頻的條紋隨時(shí)間從上向下移動(dòng)。
8.如權(quán)利要求1所述的多光譜采集系統(tǒng)的標(biāo)定方法，其特征在于，所述標(biāo)定視頻演示裝置為液晶顯示器或投影儀。
9.如權(quán)利要求1所述的多光譜采集系統(tǒng)的標(biāo)定方法，其特征在于，所述完成所述采樣點(diǎn)的空間位置標(biāo)定，還進(jìn)一步包括: 對(duì)其中一路多光譜采樣視頻進(jìn)行分析，找出采樣點(diǎn)被照亮的時(shí)間段，并將所述時(shí)間段作為所述采樣點(diǎn)的對(duì)準(zhǔn)時(shí)刻，并根據(jù)掃描視頻的特征，獲取相應(yīng)時(shí)刻下另一路RGB圖像上的對(duì)應(yīng)點(diǎn)，并將所述對(duì)應(yīng)點(diǎn)作為所述采樣點(diǎn)的對(duì)應(yīng)點(diǎn)，以完成所述采樣點(diǎn)的空間位置標(biāo)定。
10.一種多光譜采集系統(tǒng)的標(biāo)定系統(tǒng)，其特征在于，包括: 雙路多光譜采集模塊，所述雙路多光譜采集模塊用于采集雙路多光譜視頻圖像，且其中一路采集模塊對(duì)場(chǎng)景的光譜圖像進(jìn)行采樣并采集，以獲得采樣點(diǎn)的光譜信息，另一路采集模塊采集獲得場(chǎng)景的RGB圖像； 標(biāo)定視頻演示模塊，所述標(biāo)定視頻演示模塊用于提供標(biāo)準(zhǔn)視頻場(chǎng)景，或提供標(biāo)準(zhǔn)光源下的特定場(chǎng)景； 計(jì)算標(biāo)定模塊，所述計(jì)算標(biāo)定模塊用于根據(jù)采集到的雙路多光譜數(shù)據(jù)，對(duì)兩路的多光譜圖像進(jìn)行計(jì)算，從而對(duì)所述多光譜采集系統(tǒng)進(jìn)行光譜和空間位置標(biāo)定。
11.如權(quán)利要求10所述的多光譜采集系統(tǒng)的標(biāo)定系統(tǒng)，其特征在于，所述雙路多光譜采集模塊進(jìn)一步包括: 分光鏡，所述分光鏡用于將所述場(chǎng)景的光線分為兩路； 掩膜，在所述其中一路采集模塊中，所述掩膜用于對(duì)所述場(chǎng)景進(jìn)行采樣； 三棱鏡，所述三棱鏡用于對(duì)采樣后的光線進(jìn)行色散； 灰度相機(jī)，所述灰度相機(jī)用于記錄色散后的光線，以得到所述采樣點(diǎn)的光譜信息； RGB相機(jī)，所述RGB相機(jī)用于采集經(jīng)過所述分光鏡的另一路光線，以得到彩色RGB圖像。
12.如權(quán)利要求11所述的多光譜采集系統(tǒng)的標(biāo)定系統(tǒng)，其特征在于，所述雙路多光譜采集模塊還包括: 第一透鏡、第二透鏡和雙阿米西棱鏡，其中，所述第一透鏡設(shè)置在所述掩膜與所述分光鏡之間，所述第二透鏡設(shè)置在所述掩膜與所述三棱鏡之間，且所述三棱鏡被所述雙阿米西棱鏡替換。
13.如權(quán)利要求10所述的多光譜采集系統(tǒng)的標(biāo)定系統(tǒng)，其特征在于，所述標(biāo)定視頻演示模塊進(jìn)一步包括: 熒光燈、投影儀或液晶顯示器、屏幕和電腦主機(jī)。
14.如權(quán)利要求10所述的多光譜采集系統(tǒng)的標(biāo)定系統(tǒng)，其特征在于，所述計(jì)算標(biāo)定模塊根據(jù)所述標(biāo)準(zhǔn)光源下采集獲得的一路多光譜采樣圖像進(jìn)行光譜標(biāo)定，并根據(jù)兩個(gè)不同方向上的掃描視頻進(jìn)行空間位置標(biāo)定。
【文檔編號(hào)】G01J3/28GK103487145SQ201310449762
【公開日】2014年1月1日 申請(qǐng)日期:2013年9月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月25日
【發(fā)明者】戴瓊海, 張明捷, 索津莉 申請(qǐng)人:清華大學(xué)