[发明专利]一种基于数码相机的多光谱图像获取方法

说明书

技术领域

本发明属于图像处理领域，具体涉及一种基于普通商用数码相机的多光谱图像获取方法，该方法可以广泛应用于文物古迹、文化艺术品、历史文档等的数字化典藏，机器视觉、远程医疗、光谱颜色管理、动植物病虫害检测等应用中多光谱图像的获取。

背景技术

随着数字信息技术的全面、系统、纵深化发展，实际生产生活应用中对源物体颜色信息的采集精度要求越来越高。例如在文物古迹、文化艺术品、历史文档的数字典藏应用领域，随着时间的推移文物艺术品难免出现风化霉变褪色等现象，迫切需要高保真地永久数字储藏艺术瑰宝的完整原始颜色信息。在机器视觉、远程医疗、光谱颜色管理、动植物病虫害检测等应用领域，也需要尽可能准确的获取目标物体的光谱颜色信息，以方便准确地对其相关信息进一步分析和处理。传统的基于三原色的物体颜色信息采集技术只能在特定的照明观察环境下实现物体三维颜色信息获取，这限制了诸如文物古迹、文化艺术品、历史文档的数字典藏以及机器视觉、远程医疗、光谱颜色管理、动植物病虫害检测等对物体颜色信息有较高要求应用领域的快速发展。

多光谱系统能够获取目标物体的光谱颜色信息，可以有效解决基于三原色的物体颜色信息采集技术中存在的问题。多光谱系统主要包括光源、滤光片和传感器三个核心要素。目前主要有三种方式搭建多光谱系统，分别为“N个窄带光源－传感器”、“光源－N个窄带滤光片－传感器”和“光源－N个窄带传感器”(N为通道个数)。其中最典型的为“光源－N个窄带滤光片－传感器”这种通过滤光片获取多个通道光谱图像信息的系统，主要有转轮和液晶调谐两种滤光片实现方式。转轮法将各个滤光片分别放置在转轮上，只需将滤光片旋转到传感器前方拍摄即可获得该通道对应的多光谱图像，其结构简单直观，但系统较庞大，且拍摄一幅图像需通过机械方式转动转轮，效率较低，因此近年来逐渐被液晶调谐滤光片所代替，该方式可以迅速调节滤光片的峰值波长及带宽，获取多光谱图像的效率较高。“N个窄带光源－传感器”系统则通过N个窄带LED光源获取多光谱图像，主要用在固定光源照明的扫描仪系统上，该方式获取多光谱图像的速度及精度较高，但对任意照明环境下的对象不适用，且对拍摄对象的形状有特殊要求。“光源－N个窄带传感器”则通过N个传感器获得多光谱图像，该系统获取多光谱图像的效率较高，但却存在各个传感器获得图像对准困难的问题。无论采用何种方式获取多光谱图像，目前的多光谱系统均不同程度地存在结构复杂庞大、价格昂贵、效率较低等问题。

数码相机在人们日常生活和工农业生产中取得了广泛应用，具有成本低、体积小、方便实用等优点。如果能够利用数码相机获取目标物体的多光谱图像，则可以很大程度上促进文物古迹、文化艺术品、历史文档等的数字化典藏以及机器视觉、远程医疗、光谱颜色管理、动植物病虫害检测等应用领域的发展。普通商用数码相机只有3个通道，而有效表征物体的光谱颜色信息需要31维数据，如何基于3维数据重构31维数据是能否采用数码相机有效获取目标物体多光谱图像的关键核心技术。本发明首先将数码相机3维数据映射到XYZLMS空间中的6维数据，在此基础上估计出能够表示物体光谱反射比信息的31维数据，该发明能够准确获取目标物体的多光谱图像。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出了一种基于数码相机的多光谱图像获取方法。具体步骤如下：

步骤一：在具体应用环境中搭建一个照明均匀及稳定的照明拍摄环境；

步骤二：手动调节数码相机焦距、白平衡、光圈、快门速度、ISO值，使得拍摄目标能够清晰成像，拍摄图像无偏色，拍摄过程及结果具有良好的重复性；

步骤三：制作用于获取模型参数的训练样本色卡，训练样本色卡介质应与待测量目标样本介质相同，训练样本色卡中的色块颜色分布范围能够包含测量目标颜色样本的颜色，训练样本色卡中色块颜色均匀分布在颜色空间中。

步骤四：根据期望优先在目标照明体或光源下准确获取目标样本的多光谱图像，挑选两个照明体或光源。

步骤五：测量训练样本色卡中各个色块的光谱反射比，并按照式(1)-(4)计算在两个选定的照明体或光源下各个色块的XYZLMS值；