[发明专利]一种基于多光谱检测的波段选择方法

说明书

技术领域

本发明涉及多光谱图像的成像设备和信息处理方法，更具体的说，本发明针对多光谱图像中，物体的反射率的获取，以及选择合适光谱波段进行多光谱图像的采集和处理等情况下的成像设备和信息处理方法。

背景技术

近些年来，多光谱图像处理技术应用在很多方面，例如目标检测和识别，特征提取和图像增强等。多光谱的波长范围可从400nm达到2000nm左右，从而造成成像设备复杂，获取多光谱图像困难等情况，因此波段选择作为一种选取合适的波段的方法成为多光谱检测的重要部分之一，这不仅可以简化多光谱的成像系统，降低拍摄多光谱图像时的工作量，而且可以允许多光谱设备进行连续的视频采集，进行实时的视频检测。目前，波段选择的方法可以归为两类。一种最直接的方法是将所有可能的波段组合分别测试检测结果的准确性，并比较每种多光谱波段组合的检测结果，最终选出最优的那个波段组合。这种方法的优点是一定能够选出最优的波段组合用于多光谱检测，然而它的缺点也是显而易见的，拍摄过程耗时长，数据处理复杂度高，计算量大等。另一种波段选择的方法是SFS，也是最常用的波段选择的方法。通过减少搜索空间，该算法的效率非常高。该算法的思想是迭代计算和距离度量。前一个选择的波段会与其他波段结合，用联合距离度量，具有最大联合距离的波段组合作为波段选择的结果。直到选择的波段组合达到理想的检测结果为止。但是，随着波段的增加，在高维空间距离度量的计算量也迅速增长。

多光谱图像的优势在于能够很好的体现不同物体在各个波段下具有独特的特性，其原因是物体的反射率在不同波段下表现不同。如图一，人体皮肤反射率在紫外部分反射率较低，继而随波长的增加反射率增大，在575nm处有“W”形状。皮肤反射率在800nm处达到峰值，在900nm处会出现下降，在达到最小值后又重新增大但增大幅度很小。PVC和硅胶材料的反射率在400nm到600nm段增长迅速，在700nm到900nm保持平稳，900nm以后又出现下降。纸质材料在600nm到800nm波段增长迅速，800nm到1000nm保持平稳。利用这些多光谱下的物体的反射率特性，我们可以提取多光谱下的物体特征，进行图像检测和识别等处理。

[引用列表]

[非专利文献]

1、Elli Angelopoulou，“Understanding the color of human skin”，Computer Science Dept.,Stevens Institute of Technology, Castle Point on Hudson, Hoboken, NJ 07030, USA

索尼公司在201080002426提出一种使用多频带近红外照明条件下皮肤检测的系统及方法。该方法用摄像机在两个近红外波段拍摄两个不同近红外波段的图像，根据两幅图像之间的差异，生成二值化的皮肤图像，通过二值化的皮肤图像在原始图像中提取皮肤区域。该方法主要用于计算机数据录入时对坐在计算机屏幕前的数据录入人员的皮肤（手）的提取，无法应用于大范围、复杂场景下的皮肤检测。而且，该方法没有定量给出如何选择合适的波段进行多光谱成像的方法。

因此考虑到上述情况，需要设计一种多光谱成像系统获得多光谱图像，同时提出一种简单有效的波段选择方法去选择合适的波段进行多光谱图像的采集，以及后续的图像处理。

发明内容

在本发明的系统，方法和硬件实现描述前，需要声明的是本发明并不局限于说明书所描述的关于波段选择的方法下的实例，可有多个没有在本文中说明的可能实例。并且，本文所采用的波长范围并不局限于所应用的范围，波长范围可以涉及其他未提出的波段。

本发明提供了一种多光谱成像系统，该系统成本低，实现简单，并且获取的多光谱图像质量满足数据分析和处理的条件。如图二，本成像系统主要包括一台高功率的全光谱氙灯光源，31个不同波段的窄带滤光片，一个黑白摄像头，一台计算机，一个PWM控制模块以及一个PTFE白板。高功率的氙灯作为一个全光谱的主动光源，31个窄带滤光片能够用于多光谱成像，拍摄时需将滤光片依次放在摄像头前面。摄像头能够获取单通道的多光谱图像。计算机用于图像的保存和处理，PWM控制模块用于调节光源电压。PTFE白板作为参考物用于计算物体的反射率。