[发明专利]一种图像采集与重构方法、设备及存储介质

说明书

本发明公开了一种图像采集与重构方法、设备及存储介质，方法包括以下步骤：S1.根据限定条件，并结合相机设备自身特性，选择合适的硬件参数，使采集得到的原始影像数据满足后续光谱拼接的基本要求；S2.基于步骤S1选定的硬件参数，控制硬件设备进行原始影像数据采集工作；S3.将采集得到的原始影像数据进行光谱拼接重构，生成高光谱数据立方体。本发明与传统的基于配准的重构方法相比，可大幅减少计算时间，进一步提高了算法的实时性；对于光谱数目上百的高光谱影像，由于特征点极少，基于配准的重构方法准确度低甚至无法实现，此方法可操作性和适用性更强。

技术领域

本发明涉及图像处理技术领域，具体涉及一种图像采集与重构方法、设备及存储介质，尤其涉及一种基于窗扫式高光谱相机的图像采集与重构方法、设备及存储介质。

背景技术

光谱成像技术是将光谱测量技术和空间成像技术相结合，同时获取二维空间信息与一维光谱信息，实现“图谱合一”，形成“数据立方体”。光谱成像技术按照光谱分辨率可以分为多光谱、高光谱和超光谱等类型。多光谱技术光谱谱段较少，采用特征较为突出的几个谱段，主要应用于地物分类、灾害评估等。超光谱技术有成百上千个谱段，主要应用于物质分析等高精度定量化研究。高光谱技术谱段数可达到几十到几百，主要应用于农业分析、重要军事及伪装目标检测等领域。高光谱相机能在可见光、近红外、短波红外、中红外等电磁波谱范围内利用狭窄的光谱间隔成像，获取的每个像素的光谱数据不再是离散的线段，而是连续的光谱曲线。高光谱数据可以看成二维图像空间和一维光谱的图像立方体，在图像空间中每个波段是一幅二维图像，在光谱空间中每个像素反映为一条连续光谱响应曲线。

根据空间成像方式的不同，高光谱相机主要可分为摆扫式、推扫式、框幅式和窗扫式四种。窗扫式成像光谱仪，由于分光方式的特殊性，获取的目标的光谱信息同时分布在像面的不同区域上，像面每个区域分别获得对应空间区域的单个谱段影像，需要通过扫描再经过谱段拼接处理进行空间位置的精配准才能获得目标完整的高光谱数据立方体。

对于多光谱相机，一帧影像上有数个波段的影像，这数个波段分别对应不同区域，为了得到同一区块的所有波段的影像并建立空间对应关系，通常采用基于灰度影像匹配、SIFT影像匹配等方法将每一帧影像上某一波段的条带影像与其相邻的数帧影像上对应波段的影像实现配准生成小区域的多光谱影像，然后再将多个条带拼接形成多高谱数据立方体。然而对于高光谱相机，每一帧影像上有上百个波段，每一个波段的影像仅有几个像素宽度，相邻帧之间的重叠区域更窄，特征点的数量极少，常规配准算法不但很难实现预期的效果，而且由于波段数较多，拼接出一个完整场景的数据立方体所需图像的数据量大且数据冗余，所需配准的次数大大增加，处理的时间成倍增长，难以实现实时性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：传统基于配准的重构方法实时性差以及无法应用于通过窗扫式光谱仪获得的谱段数较多的高光谱影像，本发明提供了解决上述问题的一种基于窗扫式高光谱相机的图像采集与重构方法。

本发明通过下述技术方案实现：

一种图像采集与重构方法，包括以下步骤：

S1.根据限定条件，并结合相机设备自身特性，选择合适的硬件参数，使采集得到的原始影像数据满足后续光谱拼接的基本要求；

S2.基于步骤S1选定的硬件参数，控制硬件设备进行原始影像数据采集工作；

S3.将采集得到的原始影像数据进行光谱拼接重构，生成高光谱数据立方体。

进一步优选，步骤S1中，硬件参数包括高光谱相机的采集帧率、曝光时间和扫描速度。

进一步优选，步骤S1中，限定条件包括：

高光谱相机成像不模糊；

高光谱相机所成影像相邻帧之间在扫描方向上存在一定的重叠关系，不重叠区域的宽度应小于或等于单个光谱带的宽度。