[发明专利]一种高光谱材质鉴别方法

摘要

本发明提出一种高光谱材质鉴别方法，首先搭建标准光源光谱数据库并建立光谱材质标准数据库，标准光源光谱采用差值法与控制变量法获取；然后对需要鉴定的材质拍摄光谱数据信息通过预处理与本征材质信息提取，获得其光谱特性，再与光谱材质标准数据库中数据进行匹配，实现材质的高精度鉴别。该方法能够抵抗不同光照条件、材质形状变化等复杂因素对材质光谱信息的干扰，突破传统RGB以及RGBD相机无法解决的同色异谱、同质异色问题瓶颈，鉴别准确率较高。

主权项

1.一种高光谱材质鉴别方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)搭建标准光源光谱数据库，标准光源光谱采用差值法与控制变量法获取：利用标准色卡白板拍摄光谱数据illuminationwhite，利用标准色卡黑板拍摄光谱数据illuminationblack；基于物理光学吸收与反射原理，标准光源光谱数据illuminationstd为：illuminationstd＝illuminationwhite-illuminationblack；(2)建立光谱材质标准数据库，以多光源和多角度拍摄多种材质物质的光谱数据Originalstd：a)首先利用高光谱成像装置中的彩色成像装置捕获物质空间信息的彩色图像，利用高光谱成像装置同步捕获经过下采样的物质光谱数据，同时利用交叉偏振法去除场景内的冗杂高光；然后对捕获的彩色图像数据以及物质光谱数据进行重建，恢复出高空间和高光谱分辨率的原始数据Originalstd；b)建立数据模型：Originalstd＝Reflectancestd·Shading·Illuminationstd+Highlight+Noise其中，Originalstd为矢量，表示原始光谱数据；Reflectancestd为矢量，表示材质数据；Shading为标量，表示光照强度；Illuminationstd为矢量，表示光源数据；Highlight为矢量，表示高光数据；Noise为矢量，表示噪声；c)从原始数据Originalstd中，利用均化去燥法除去噪声Noise分量，利用交叉偏振法去除高光数据Highlight分量，并去除标准光源数据Illuminationstd；鉴于物体的形状因素会对光谱数据强度造成影响，引入Shading为代表光照强度的标量，即反映光谱强度的乘量因子，将Reflectancestd·Shading进行二范数归一化之后去除向量强度差异，得到同一量度的光谱数据，即标准反映物质本征材质的材质数据Reflectancestd′：Reflectancestd′＝Norm(Reflectancestd·Shading)d)对高维度的材质数据Reflectancestd′进行低维投影映射，以最大方差化为条件，正交化材质数据Reflectancestd′，再依据贡献率分布前十维度信息表征材质信息；(3)利用步骤a)的方法，获得需要鉴别的物质材质的光谱数据Original，并利用步骤c)的方法对数据进行分量剥离，经过步骤d)的处理获取只反映需要鉴别的物质材质信息的材质数据Reflectance；对材质数据Reflectance进行去冗余，以提高计算速度；(4)将步骤(3)得到的材质数据Reflectance与步骤(2)中建立的光谱材质数据库Reflectancestd进行特征匹配，利用光谱材质数据库中典型特征构成光谱特征分类模型，实现对材质的鉴别；(5)由步骤(4)所确定的鉴别结果，为提高可视性与边缘轮廓可读性，利用RGB空间信息对鉴别结果轮廓进行优化；对RGB三通道进行均化得到高空间分辨率灰度信息G，对G无监督过分割为n个空间块；以空间块为约束结合步骤(4)鉴别结果逐个判断每一个空间块整体的光谱特性，输出修正鉴别结果。