[发明专利]一种光谱转换为色度的方法

权利要求书

1.一种光谱转换为色度的方法，其特征在于步骤是：

第一步，光谱图像的采集和数字化处理

采集光谱图像的来源是，Ⅰ.用户提供的光谱曲线图片或照片，Ⅱ.印刷出版期刊中光谱曲线图片，Ⅲ.光谱设备输出的光谱曲线图片或照片，将上述来源的光谱图像通过百万像素的扫描仪或500万像素～1000万像素数的数码相机数字化，变成计算机能够处理的光谱图像；

第二步，计算机进行光谱图像的预处理

采用Windows支持的图像处理软件Photoshop或Microsoft Office Picture Manager对第一步得到的光谱图像进行预处理，完成个别噪声去除，提高图像清晰度，如果经过图像处理软件处理后，通过视觉还无法观察出第一步得到的光谱图像中的光谱曲线，则重新采集光谱图像；

第三步，计算机对光谱图像中的横、纵坐标和光谱曲线加以识别，并从光谱图像中提取光谱数据

利用计算机图像处理的方法，按照光谱图像中坐标和曲线规律识别光谱曲线和光谱图像的坐标轴，利用两个坐标轴相互垂直，坐标轴的单位与坐标垂直且长度远远短于坐标轴和曲线，光谱曲线连续并且很长的特征为识别要点来整体识别经过第二步计算机进行预处理后的光谱图像，并从光谱图像中提取光谱数据，具体作法是：

计算机图像实际上是存储不同数值的矩阵，图像中坐标轴、坐标单位、曲线和文字被看成像素点不同的数值形成，对于灰度图像取值范围为0～255，对于彩色图像存储在红、蓝和绿三个矩阵存储，矩阵为双精度，取值范围为[0，1]，八进制取值范围为[0，255]，十六进制范围为为[0，65535]，二值图像中只取两个取值，采用图像处理的方法，将彩色图像变成灰度图像，再变成二值图像，图像矩阵中“0”位置代表了黑点，这些黑点不同在走向确定了连线的形状，依照坐标轴、坐标单位和曲线形状对光谱曲线加以识别，在坐标识别中，x坐标轴一般在图像下方，y轴一般在图像的左边，根据这个特点，在寻找坐标轴过程中限制坐标寻找区域，根据像素值为0的数量和与临近点的方位关系可以判断坐标轴和单位，识别的任意坐标轴的点，确定实际坐标单位，依照坐标轴、坐标单位和曲线形状对光谱曲线加以识别，在识别光谱曲线中，根据三刺激及对应可见光光谱的范围应在400nm～780nm之间，并且光谱强度远离中心波峰位置大幅度地降低，从而确定识别范围，突出了重点区域数据的提取；

第四步，计算机显示光谱数据，并将提取数据绘制成光谱曲线

用计算机显示第三步从光谱图像中提取的光谱数据，并将提取数据绘制成光谱曲线，具体作法是：由第三步从光谱图像中提取的光谱数据分别存储在光谱波长λ和强度I(λ)两个数组中，在编写程序中使用Wavelength代替λ，使用Matlab的语句：plot（Wavelength，I），由此查看λ和I(λ)两个数组的值，即显示第三步从光谱图像中提取的光谱数据，并将提取数据绘制成光谱曲线；

第五步，光谱数据逼近和插值处理

第三步提取的光谱数据中的波长位置与国际规定的三刺激值位置会不一致，要进行如下的光谱数据逼近和插值处理：

a.光谱数据逼近是分别以国际规定的三刺激值每个离散化波长为中心点，在采集的光谱数据中整体寻找，确定与各个中心点最近邻左边和右边两个数据点，具体实现方法如下：

国际规定的三刺激值波长用Wavelength0存储，先选定国际规定的三刺激值的初始点j=1，在Wavelength0（j）中读取国际规定的三刺激值对应波长，在提取光谱数据存储数组Wavelength顺序取出光谱波长Wavelength（k），起始点为k=1，令Wavelength0（j）与Wavelength（1）之差为dist0，然后对比Wavelength0（j）与Wavelength（2）)的差，如果dist0大于Wavelength0（j）与Wavelength(2)，将Wavelength0（j）与Wavelength（2）之差存入dist0，否则向下一个点Wavelength（3）寻找，在Wavelength(k)大于Wavelength0（j）寻找停止，由此判断出国际规定的三刺激值最近邻的左边点的光强，然后寻找逼近国际规定的三刺激值下一个离散点的左近邻，用Wavelength0与Wavelength位置互换，可以逼近判断出国际规定的三刺激值每个离散波长最近邻的右边点的光强；

b.插值处理是指光谱图像采样点已经接近实际国际规定三刺激值离散化波长位置，但是两者仍然存在差异，使用下面插值处理公式（5-1）实现[λ_m，λ_n]之间λ_i位置的补点：

I(λi)=I(λn)+I(λm)-I(λn)λm-λn(λi-λn)---(1-1)]]>

第六步，通过光谱强度与三刺激值乘积，然后使用离散化求和计算出X、Y和Z值，并由计算机显示色度(x,y)值

经过第五步的光谱数据逼近和插值处理，第一步采集的光谱图像的光谱数据与国际规定三刺激值离散化波长位置一致，然后使用离散化求和计算出X、Y和Z值，计算色坐标（x，y）值公式如下：

X=Δλ×Σn=0N-1I(λ0+nΔλ)x‾(λ0+nΔλ)---(1-2)]]>

Y=Δλ×Σn=0N-1I(λ0+nΔλ)y‾(λ0+nΔλ)---(1-3)]]>

Z=Δλ×Σn=0N-1I(λ0+nΔλ)z‾(λ0+nΔλ)---(1-4)]]>

x=XX+Y+Z---(1-5)]]>

y=YX+Y+Z---(1-6)]]>

z=ZX+Y+Z---(1-7)]]>

其中λ₀为起始波长，N为离散数据的数量，Δλ为离散点间距。

最后由计算机输出色度（x，y）数值。