一種基于數(shù)碼相機(jī)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(jī)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(duì)數(shù)碼相機(jī)焦距、白平衡、光圈、快門速度、ISO值等參數(shù)進(jìn)行手動(dòng)設(shè)置。在此基礎(chǔ)上獲取訓(xùn)練樣本色卡及目標(biāo)樣本的數(shù)字化圖像。然后采用基于局部訓(xùn)練樣本的多項(xiàng)式模型實(shí)現(xiàn)RGB值到XYZLMS值的預(yù)測(cè)，最后采用偽逆法實(shí)現(xiàn)XYZLMS值到光譜值的預(yù)測(cè)，最終實(shí)現(xiàn)基于數(shù)碼相機(jī)的多光譜圖像獲取。本發(fā)明可以廣泛應(yīng)用于文物古跡、文化藝術(shù)品、歷史文檔等的數(shù)字化典藏，機(jī)器視覺(jué)、遠(yuǎn)程醫(yī)療、光譜顏色管理、動(dòng)植物病蟲害檢測(cè)等應(yīng)用中多光譜圖像的獲取。
【專利說(shuō)明】一種基于數(shù)碼相機(jī)的多光譜圖像獲取方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于圖像處理領(lǐng)域，具體涉及一種基于普通商用數(shù)碼相機(jī)的多光譜圖像獲取方法，該方法可以廣泛應(yīng)用于文物古跡、文化藝術(shù)品、歷史文檔等的數(shù)字化典藏，機(jī)器視覺(jué)、遠(yuǎn)程醫(yī)療、光譜顏色管理、動(dòng)植物病蟲害檢測(cè)等應(yīng)用中多光譜圖像的獲取。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著數(shù)字信息技術(shù)的全面、系統(tǒng)、縱深化發(fā)展，實(shí)際生產(chǎn)生活應(yīng)用中對(duì)源物體顏色信息的采集精度要求越來(lái)越高。例如在文物古跡、文化藝術(shù)品、歷史文檔的數(shù)字典藏應(yīng)用領(lǐng)域，隨著時(shí)間的推移文物藝術(shù)品難免出現(xiàn)風(fēng)化霉變褪色等現(xiàn)象，迫切需要高保真地永久數(shù)字儲(chǔ)藏藝術(shù)瑰寶的完整原始顏色信息。在機(jī)器視覺(jué)、遠(yuǎn)程醫(yī)療、光譜顏色管理、動(dòng)植物病蟲害檢測(cè)等應(yīng)用領(lǐng)域，也需要盡可能準(zhǔn)確的獲取目標(biāo)物體的光譜顏色信息，以方便準(zhǔn)確地對(duì)其相關(guān)信息進(jìn)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(shù)只能在特定的照明觀察環(huán)境下實(shí)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(shù)品、歷史文檔的數(shù)字典藏以及機(jī)器視覺(jué)、遠(yuǎn)程醫(yī)療、光譜顏色管理、動(dòng)植物病蟲害檢測(cè)等對(duì)物體顏色信息有較高要求應(yīng)用領(lǐng)域的快速發(fā)展。
[0003]多光譜系統(tǒng)能夠獲取目標(biāo)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(shù)中存在的問(wèn)題。多光譜系統(tǒng)主要包括光源、濾光片和傳感器三個(gè)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(gè)窄帶光源一傳感器”、“光源一 N個(gè)窄帶濾光片一傳感器”和“光源一 N個(gè)窄帶傳感器”(N為通道個(gè)數(shù))。其中最典型的為“光源一 N個(gè)窄帶濾光片一傳感器”這種通過(guò)濾光片獲取多個(gè)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(shí)現(xiàn)方式。轉(zhuǎn)輪法將各個(gè)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(duì)應(yīng)的多光譜圖像，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單直觀，但系統(tǒng)較龐大，且拍攝一幅圖像需通過(guò)機(jī)械方式轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)輪，效率較低，因此近年來(lái)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(zhǎng)及帶寬，獲取多光譜圖像的效率較高?！癗個(gè)窄帶光源一傳感器”系統(tǒng)則通過(guò)N個(gè)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(duì)任意照明環(huán)境下的對(duì)象不適用，且對(duì)拍攝對(duì)象的形狀有特殊要求?！肮庠匆?N個(gè)窄帶傳感器”則通過(guò)N個(gè)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(gè)傳感器獲得圖像對(duì)準(zhǔn)困難的問(wèn)題。無(wú)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(gòu)復(fù)雜龐大、價(jià)格昂貴、效率較低等問(wèn)題。
[0004]數(shù)碼相機(jī)在人們?nèi)粘Ｉ詈凸まr(nóng)業(yè)生產(chǎn)中取得了廣泛應(yīng)用，具有成本低、體積小、方便實(shí)用等優(yōu)點(diǎn)。如果能夠利用數(shù)碼相機(jī)獲取目標(biāo)物體的多光譜圖像，則可以很大程度上促進(jìn)文物古跡、文化藝術(shù)品、歷史文檔等的數(shù)字化典藏以及機(jī)器視覺(jué)、遠(yuǎn)程醫(yī)療、光譜顏色管理、動(dòng)植物病蟲害檢測(cè)等應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展。普通商用數(shù)碼相機(jī)只有3個(gè)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(gòu)31維數(shù)據(jù)是能否采用數(shù)碼相機(jī)有效獲取目標(biāo)物體多光譜圖像的關(guān)鍵核心技術(shù)。本發(fā)明首先將數(shù)碼相機(jī)3維數(shù)據(jù)映射到XYZLMS空間中的6維數(shù)據(jù)，在此基礎(chǔ)上估計(jì)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(zhǔn)確獲取目標(biāo)物體的多光譜圖像。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種基于數(shù)碼相機(jī)的多光譜圖像獲取方法。具體步驟如下:
[0006]步驟一:在具體應(yīng)用環(huán)境中搭建一個(gè)照明均勻及穩(wěn)定的照明拍攝環(huán)境；
[0007]步驟二:手動(dòng)調(diào)節(jié)數(shù)碼相機(jī)焦距、白平衡、光圈、快門速度、ISO值，使得拍攝目標(biāo)能夠清晰成像，拍攝圖像無(wú)偏色，拍攝過(guò)程及結(jié)果具有良好的重復(fù)性；
[0008]步驟三:制作用于獲取模型參數(shù)的訓(xùn)練樣本色卡，訓(xùn)練樣本色卡介質(zhì)應(yīng)與待測(cè)量目標(biāo)樣本介質(zhì)相同，訓(xùn)練樣本色卡中的色塊顏色分布范圍能夠包含測(cè)量目標(biāo)顏色樣本的顏色，訓(xùn)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(biāo)照明體或光源下準(zhǔn)確獲取目標(biāo)樣本的多光譜圖像，挑選兩個(gè)照明體或光源。
[0010]步驟五:測(cè)量訓(xùn)練樣本色卡中各個(gè)色塊的光譜反射比，并按照式(1)-(4)計(jì)算在兩個(gè)選定的照明體或光源下各個(gè)色塊的XYZLMS值；
【權(quán)利要求】
1.一種基于數(shù)碼相機(jī)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(yīng)用環(huán)境中搭建一個(gè)照明均勻及穩(wěn)定的照明拍攝環(huán)境； 步驟二:手動(dòng)調(diào)節(jié)數(shù)碼相機(jī)焦距、白平衡、光圈、快門速度、ISO值，使得拍攝目標(biāo)能夠清晰成像，拍攝圖像無(wú)偏色，拍攝過(guò)程及結(jié)果具有良好的重復(fù)性； 步驟三:制作用于獲取模型參數(shù)的訓(xùn)練樣本色卡，訓(xùn)練樣本色卡介質(zhì)應(yīng)與待測(cè)量目標(biāo)樣本介質(zhì)相同，訓(xùn)練樣本色卡中的色塊顏色分布范圍能夠包含測(cè)量目標(biāo)顏色樣本的顏色，訓(xùn)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(biāo)照明體或光源下準(zhǔn)確獲取目標(biāo)樣本的多光譜圖像，挑選兩個(gè)照明體或光源； 步驟五:測(cè)量訓(xùn)練樣本色卡中各個(gè)色塊的光譜反射比，并按照式(1)-(4)計(jì)算在兩個(gè)選定的照明體或光源下各個(gè)色塊的XYZLMS值；

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