[发明专利]一种基于成像条件校正的开放测量环境光谱测量方法

说明书

本发明公开了一种基于成像条件校正的开放测量环境光谱测量方法，包括测量获得参考测量环境的光源数据；在参考测量环境下，拍摄训练样本集与参考白板数字图像，提取其各自raw响应值；计算光谱估计矩阵Q；在开放测量环境下，拍摄测量对象与参考白板数字图像，提取其各自raw响应值；利用参考白板raw响应值，计算校正矩阵M₁，用于成像条件的初步校正；估计开放测量环境对应的k个目标光源数据；计算校正矩阵M₂，用于成像条件的进一步校正；利用校正矩阵M₁和M₂，校正测量对象的raw响应值；利用光谱估计矩阵Q，估计测量对象的光谱；完成光谱测量，最终得到测量对象光谱数据。

技术领域

本发明属于计算机数字图像处理技术领域，具体涉及一种基于成像条件校正的开放测量环境光谱测量方法。

背景技术

物体的光谱表征物体表面的出射光辐射相对于入射光辐射在各个波段的比值，反映了物体自身对辐射能量的吸收与反射特性，是表征物体本身物化属性的主要特征之一。在可见光范围内，光谱是颜色信息的指纹。光谱在众多工业生产领域中的颜色复制、颜色控制、颜色检测方面，及其它相关应用领域中的影像分析、特征提取、材料检测等光谱分析方面，都发挥着重要的功用，因此光谱测量至关重要。

在计算机数字图像处理领域，基于数码相机的光谱测量技术越来越受到学者的关注。基于数码相机的光谱测量是指以相机的线性化成像模型理论为基础，通过求解数学逆问题的思想和方法，利用数码相机数字响应值和相应光谱估计算法，对物体表面的光谱数据进行估计，以实现物体表面的光谱测量。

按测量方式，可将当前基于数码相机的光谱测量系统分为三类：第一类是基于滤光片式的光谱测量系统，主要有彩色数码相机+宽带滤光片、单色数码相机+窄带滤光片轮两种形式。第二类为基于多光源的光谱测量系统，主要利用彩色或者单色数码相机配合多个照明光源或者可调控LED照明系统组成。上述两类系统均是基于多通道方式进行光谱测量，即首先获得物体表面的多通道图像，然后由多通道图像数据计算物体表面每个像素点的光谱。第三类是基于单幅RGB图像进行光谱测量，即利用彩色数码相机单幅RGB图像的R、G、B三个通道数据计算光谱数据。现有的基于数码相机的光谱测量研究和应用中，无论是多通道式测量系统还是基于单幅RGB图像的测量系统，均是以基于训练方式的光谱测量形式开展，即首先利用测量系统拍摄一组已知光谱数据的训练样本集，然后利用训练样本集的数字响应信号和光谱数据，构建光谱估计矩阵，进而利用光谱估计矩阵进行光谱估计，完成光谱测量。

采用基于训练方式的光谱测量方法，要求测量系统校正和测量时的成像条件(系统参数和照明光源)严格保持一致，当成像条件改变时，需要采用训练样本集对测量系统进行重新校正，操作繁琐、耗时，在实际应用中存在的显著应用局限性。现有针对基于数码相机的光谱测量研究和应用，主要局限于实验室的封闭环境，因此能够满足上述测量系统校正和测量时照明条件一致性的要求。但是在缺乏便携式训练样本(例如色卡)的条件下，如何使用测量系统在任意未知照明环境中(例如户外自然光、室内人工光源、以及包含多光源的杂光光源等测量环境)进行光谱测量，实现测量系统面向开放测量环境的应用，是当前利用数码相机进行光谱测量所面临的一项亟待解决问题。

对于以上问题，目前学术界及工业界中均尚未提出合理有效的解决方法。本发明提出了一种基于成像条件校正的开放测量环境光谱测量方法，通过将实际测量时的成像条件向系统校正时的成像条件校正，实现基于数码相机的光谱测量系统面向开放测量环境的应用。

发明内容

本发明的目的是为了解决背景技术中所述问题，提出一种基于成像条件校正的开放测量环境光谱测量方法。

本发明的技术方案为一种基于成像条件校正的开放测量环境光谱测量方法，具体包括以下步骤：

步骤1，测量获得参考测量环境的光源数据；