[发明专利]一种基于数码相机成像模型的光谱测量方法

说明书

本发明公开了一种基于数码相机成像模型的光谱测量方法，包括测量获得训练样本集的光谱数据R_train；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；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；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；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；利用光谱估计矩阵Q，估计测量对象的光谱R_test；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，具体涉及一种基于数码相机成像模型的光谱测量方法。

背景技术

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，是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以及其它相关应用领域中光谱分析方面，都发挥着重要的功用。当前光谱数据获取的仪器主要有分光光度计、光谱辐射度计和光谱相机等，但分光光度计和光谱辐射度计为单点测试方式，测量区域固定，要求测量对象为颜色均匀的平面物体，光谱相机虽然能够实现成像式测量，但其空间分辨率低，应用灵活性差，以上仪器在实际应用中均存在一定的局限性。

在计算机数字图像处理技术的应用领域，基于数码相机的光谱测量，能够克服分光光度计和光谱辐射度计基于单点测量方式的局限性，解决分光光度计仅能进行接触式测量的缺陷，避免现有光谱相机空间分辨率低、实际应用灵活性差等缺点，能够实现基于大面积和像素级别的光谱测量与应用，成为近些年的研究热点。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。

基于数码相机的光谱测量，首先利用数码相机拍摄一组光谱数据已知的训练样本集，求解光谱估计矩阵，然后利用光谱估计矩阵对测量对象进行光谱估计，获得测量对象的光谱数据。现有研究主要集中于实验室环境，通常采用色卡作为训练样本集，求解光谱估计矩阵，然而在面向开放测量环境的普适性实际光谱测量应用中，通常缺乏训练样本的支撑，如何在开放测量环境下，实现物体表面的光谱测量，是基于数码相机进行光谱测量当前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数码相机成像模型的光谱测量方法，利用数码相机成像模型预测训练样本的响应数据，进行光谱估计矩阵的求解，实现数码相机在开放环境的光谱测量应用。

发明内容

本发明的目的是为了解决背景技术中所述问题，提出一种基于数码相机成像模型的光谱测量方法。

本发明的技术方案为一种基于数码相机成像模型的光谱测量方法，具体包括以下步骤：

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。