[发明专利]高光谱采集系统的光谱谱线定标方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及高光谱视频采集领域，尤其涉及一种高光谱采集系统的光谱谱线定标方法及装置。

背景技术

计算摄像学中一个重要研究方向是在光谱域上对于传统的成像技术进行扩展，即高光谱技术。当前大多数成像摄影技术都是基于红、绿、蓝三色信息对于场景影像进行记录的，虽然三色传感成像技术符合人类视觉系统的成像需求，然而从物理原理的角度出发，现实场景并非只有三色信息这么简单。从光源发出或经物体反射的光线具有丰富的波长，其中可见光覆盖从390nm直至780nm的广泛区域，包含了大量的信息。场景光线光谱正是指在这段波长范围内光线光强的分布，这种光谱信息能够反应出光源、物体以及场景的自然属性，因此光谱采集技术已成为了进行科学研究与工程应用的有效工具。

根据技术要求和采集条件的不同，现有的多光谱采集系统可以分为两类：扫描式光谱成像仪和瞬时拍摄型拍摄光谱成像仪。各种技术解决方案都是通过牺牲空间或时间分辨率的方式对于光谱分辨率进行补偿，以采集多光谱信息。2011年初，一种基于混合相机系统进行多光谱采集系统被提出，其在牺牲空间分辨率获得附加光谱分辨率的同时，使用双路采集的技术对空间分辨率进行补偿，从得到的多路数据中重构出高时空分辨率的多光谱视频，实现了空间、时间、光谱三个维度的采集。图1是混合相机系统的原理图，该系统采用两路相机，一路RGB相机采集高空间分辨率低光谱分辨率图像，另一路灰度相机采集通过掩膜下采样和棱镜分光后的高光谱分辨率低空间分辨率的图像。将两路不同特点的图像数据进行对齐以获取灰度相机上的空间采样点在RGB相机采集到的图像上的空间位置关系，再利用光谱传播算法将灰度相机上空间采样稀疏的光谱信息传播到RGB相机上的空间分辨率高的图像上。如图2所示，在高光谱采集的一路中，由于在感光平面上展开的光谱并非随着波长进行线性分布，所以我们并不能直接获得每个波长对应的坐标值，需要对获得的光谱进行光谱谱线定标。

发明内容

本发明的旨在于提出一种简单且准确度高的高光谱采集系统的光谱谱线定标方法及装置。

根据本发明第一方面实施例的高光谱采集系统的光谱谱线定标方法，所述高光谱采集系统包括灰度相机、分光器件和空间采样装置，所述光谱谱线定标方法包括以下步骤：利用单色仪提供多种单色光，并用所述高光谱采集系统采集所述多种单色光分别对应的多幅灰度图像；选定所述多幅灰度图像中相同位置的同一周期的图像区域进行分析，记录所述多幅灰度图像中各自的亮度最大的峰值点坐标，并绘制单色光波长-峰值点坐标的原始曲线；将所述单色光波长-峰值点坐标原始曲线拟合成高次多项式拟合曲线。

根据本发明实施例的高光谱采集系统的光谱谱线定标方法可以利用少量波段即可完成高精度的光谱谱线定标，具有算法简单，准确度高，对光谱成像的发展具有重要指导意义。

另外，根据本发明上述实施例的高光谱采集系统的光谱谱线定标方法还可以具有如下附加的技术特征：

在本发明的一个实施例中，通过最小二乘法将所述单色光波长-峰值点坐标原始曲线拟合成高次多项式拟合曲线。

在本发明的一个实施例中，还包括：将所述单色光波长-峰值点坐标的原始曲线与所述高次多项式拟合曲线比较，挑选出误差较小点；根据所述误差较小点重新进行拟合成高次多项式精确拟合曲线。

在本发明的一个实施例中，所述单色仪提供390nm-930nm可见光波长范围内步长为10nm的55种单色光。

在本发明的一个实施例中，所述分光器件为棱镜或光栅，所述空间采样装置为具有周期性特征的多孔掩膜或多缝狭缝装置。

根据本发明第一方面实施例的高光谱采集系统的光谱谱线定标装置，所述高光谱采集系统包括灰度相机、分光器件和空间采样装置，所述光谱谱线定标装置包括以下部分：单色仪，所述单色仪用于提供多种单色光，以便于所述高光谱采集系统采集所述多种单色光分别对应的多幅灰度图像；曲线绘制模块，所述曲线绘制模块用于选定所述多幅灰度图像中相同位置的同一周期的图像区域进行分析，记录所述多幅灰度图像中各自的亮度最大的峰值点坐标，并标绘制单色光波长-峰值点坐标的原始曲线；曲线拟合模块，所述曲线拟合模块用于将所述单色光波长-峰值点坐标原始曲线拟合成高次多项式拟合曲线。

根据本发明实施例的高光谱采集系统的光谱谱线定标装置可以利用少量波段即可完成高精度的光谱谱线定标，具有算法简单，准确度高，对光谱成像的发展具有重要指导意义。

另外，根据本发明上述实施例的高光谱采集系统的光谱谱线定标装置还可以具有如下附加的技术特征：