[发明专利]一种基于数码相机成像模型的光谱测量方法

权利要求书

1.一种基于数码相机成像模型的光谱测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，测量获得训练样本集的光谱数据R_train；

步骤2，测量获得实际应用环境中光源的光谱功率分布和测量对象方向的照度；

步骤3，选取合适拍摄参数，拍摄获得测量对象的数字图像，提取测量对象的raw响应值D_test；

步骤4，依据数码相机成像模型，预测训练样本集在拍摄参数下的raw响应值D_train；

步骤5，利用训练样本集的预测raw响应值和对应的光谱数据R_train，计算光谱估计矩阵Q；

步骤6，利用光谱估计矩阵Q，估计测量对象的光谱R_test；

步骤7，完成光谱测量，得到测量对象光谱数据。

2.根据权利要求1所述的一种基于数码相机成像模型的光谱测量方法，其特征在于：步骤1中采用分光光度计完成训练样本集的光谱数据测量获取。

3.根据权利要求1所述的一种基于数码相机成像模型的光谱测量方法，其特征在于：步骤2中采用便携式光谱辐射度计，测量获得实际应用环境中光源的光谱功率分布和测量对象方向的照度。

4.根据权利要求1所述的一种基于数码相机成像模型的光谱测量方法，其特征在于：步骤3中，拍摄参数的选取要避免拍摄获得测量对象的数字图像出现过曝光或欠曝光问题。

5.根据权利要求1所述的一种基于数码相机成像模型的光谱测量方法，其特征在于：步骤4中，数码相机的成像模型中至少应包括感光度ISO、曝光时间、照度基本参数，以数码相机理论成像模型为例，其表达式如下所示：

Φ^(k)＝gτc∫l(λ)r(λ)T_o(λ)S^(k)(λ)e(λ)dλ+n 式一

其中，k用来指示R、G、B通道，Φ^(k)表示样本各通道的raw响应值，g表示数码相机的感光度ISO，τ表示曝光时间，c表示测量对象方向的照度，λ表示波长，l(λ)表示光源的光谱功率分布，r(λ)表示样本的光谱反射率，T_o(λ)表示数码相机成像光学系统的透射率，S^(k)(λ)为数码相机各通道的光谱灵敏度函数，e(λ)表示传感器的光电量化效率，n表示系统的噪声信号。

6.根据权利要求1所述的一种基于数码相机成像模型的光谱测量方法，其特征在于：步骤5中，训练样本集中训练样本的光谱数据为已知数据，采用分光光度计测量获得，光谱估计矩阵Q的计算方法如下：以R_train表示训练样本集的光谱数据矩阵，以D_train表示训练样本集的raw响应值矩阵，利用最小二乘法计算光谱估计矩阵Q，其计算方法如式二所示，其中上标‘+’表示伪逆算子，

Q＝R_train(D_train)⁺ 式二。

7.根据权利要求1所述的一种基于数码相机成像模型的光谱测量方法，其特征在于：步骤5中，为了提高光谱测量的精度，对训练样本集中训练样本的raw响应值进行多项式扩展，以三阶多项扩展为例，其扩展形式如式三所示：

d_expanded＝[1 r g b rg rb gb r² g² b² rg² r²g rb² r²b gb² g²b r³ g³ b³] 式三

其中，r、g和b为每个训练样本的R通道、G通道和B通道的raw响应值，d_expanded表示raw响应值的扩展响应向量，用于构成练样本集的响应值矩阵D_train。

8.根据权利要求1所述的一种基于数码相机成像模型的光谱测量方法，其特征在于：步骤6中，测量对象的光谱估计方法如式四所示，

R_test＝Q·D_test 式四

其中，R_test表示通过光谱估计得到的测量对象的光谱数据，如果训练样本raw响应值进行了多项式扩展，则测量对象的raw响应值需要进行相同形式的多项式扩展。