一种光谱多通道混合压缩传输方法技术

本发明专利技术提出了一种基于多通道的光谱混合压缩传输方法，该方法包括：通过掩模和分光棱镜获得高光谱分辨率、低空间分辨率多通道视频；标记光谱单帧图像中的特征波长，获得特征波长的坐标；以特征波长为中心通过棱镜参数模拟获得光谱带中像素映射的波长值；根据像素映射的波长值，按照波长值进行像素提取；将提取的同一波长的像素进行拼接，组成特定大小的单通道图；将单通道图拼接为视频流，对视频进行压缩；将压缩的视频实时传输至客户端；对传输至客户端的多通道光谱视频实时解码重建。上述方法可以将掩模造成的空间信息不连续的光谱图像按照通道重新拼接，保证光谱质量的前提下进行压缩，实现了光谱图像的实时异地采集传输与重建。

Spectral multi-channel mixed compression transmission method

The invention provides a compression method of multi-channel transmission based on spectral mixture, the method includes: through the mask and prism to obtain high spectral resolution and low spatial resolution multi channel video; characteristic wavelength spectral markers in a single frame image, obtain the coordinates of characteristic wavelength; with characteristic wavelength as the center through the prism parameters simulation get pixel mapping spectral band in the wavelength value; according to the pixel mapping wavelength, wavelength according to the value of the pixel extraction; the pixels with the same wavelength from the stitching, single channel chart composed of a certain size; the splicing of single channel map for video streaming, to compress the video compression; video real-time transmission to client; real-time multi-channel spectral reconstruction of video decoding transmission to the client. The method of spectral image spatial information can be caused by the discontinuity of the mask according to the channel re stitching, guarantee the quality of the spectral compression, realize remote real-time spectral image acquisition and transmission and reconstruction.

【技术实现步骤摘要】
一种光谱多通道混合压缩传输方法
本专利技术涉及图像处理领域，特别涉及一种光谱多通道混合压缩传输方法。
技术介绍
近年来光谱视频成像已经成为计算机视觉、数字信号处理、图形学等领域的前沿研究热点，特别是光谱视频的实时采集处理是上述领域的重点。由于光谱视频信息量大，所以实时传输处理对带宽的要求很高，因此必须对光谱视频进行压缩传输。由于光谱视频不仅仅是为了显示，满足人眼的需求，而且还是为了后面利用数据进行一系列的研究，所以必须在压缩的过程中保留信息的准确性。在很多场景下，需要用到无损压缩，但是多数的实时光谱视频采集系统空间分辨率较低，这导致空间点的连续性很差，大大提高了压缩的难度，从而增加了传输的负担，许多的光谱视频无法做到实时传输。因此，研究光谱视频的实时压缩传输对光谱视频远程监控，客户机分析具有重要的作用。目前主流的视频压缩算法包括MPEG-4以及H.264等，MPEG-4于1998年11月发布，MPEG-4是针对一定比特率下的视频、音频编码，更加注重多媒体系统的交互性和灵活性。MPEG-4标准力求做到两个目标：低比特率下的多媒体通信；是多工业的多媒体通信的综合。H.264和曾经的标准一样，也是DPCM加变换编码的混合编码模式。但它采用“回归基本”的简洁设计，不用众多的选项，获得比H.263++好得多的压缩性能；加强了对各种信道的适应能力，采用“网络友好”的结构和语法，有利于对误码和丢包的处理；应用目标范围较宽，以满足不同速率、不同解析度以及不同传输(存储)场合的需求；它的基本系统是开放的，使用无需版权。但是这些算法大多只是针对RGB图像进行压缩，没有针对光谱视频做特殊的处理，没有利用到光谱视频中包含的多通道信息，压缩效果差，无法满足光谱视频实时压缩传输的要求。在获得视频光谱的方式上，通常都需要棱镜或者光栅参与，棱镜利用的是折射原理，分光不是线性的，即不同波长偏移的偏向角是不同的，棱镜的波长越短，偏向角越大。光栅是利用衍射效应分光的，光栅的谱级重叠，有干扰，因此要考虑消除，而棱镜不存在这种情况。阿米西棱镜由两个三棱柱组成，第一个三棱柱通常由色散能力为中等的冕牌玻璃制成，第二个则以高色散的火石玻璃制造。光线进入第一个棱镜时先被折射，然后进入两个棱镜之间的接口，再以几乎垂直于第二个棱镜表面的方向射出。棱镜的角度和材质经过选择，使得其中一个波长(颜色)的光，通常是中心的波长，离开棱镜时与入射的光束是平行的。其他波长偏转的角度则与材料的色散能力有关。观察一个通过棱镜的光源就能显示出光源的光学光谱。在色散棱镜中，为了降低成像的几何畸变，通常使用双阿米西棱镜，是由一个阿米西棱镜加一个复制但反置的阿米西棱镜，能增加色散的角度与作用，并且能将有用的成分、中心的波长，折射回入射的路径上。
技术实现思路
本专利技术旨在解决现在技术中存在的技术问题，特别创新地提出了一种光谱多通道混合压缩传输方法。为实现本专利技术的上述目的，本专利技术方法采用的技术方案如下：一种光谱多通道混合压缩传输方法，包括如下步骤：S1，利用棱镜和掩模获得高光谱分辨率和低空间分辨率的多通道光谱视频，其中，掩模的开孔可以通过多个空间点的光，并在水平方向和垂直方向都进行采样；S2，利用荧光灯或其他至少有两个特征峰光谱的光源，拍摄白色漫反射背景，特征峰对应的像素亮度梯度大，可以据此标记出单帧光谱图像中特征波长所对应的图像像素坐标；S3，利用特征峰的位置并模拟棱镜参数，获得步骤S2拍摄的光谱图像上各图像像素坐标对应的波长，得到一张映射表；S4，利用映射表，拍摄其他场景时，提取对应相同波长的像素点，将这些像素点按照原图像的空间相对位置进行排列，并保证不会出现空间位置在垂直位置上偏移；通过在行采样末尾填不同数量的空白像素，保证提取的不同波长图像的大小是一致的；S5，将提取的同一波长的像素进行拼接，组成特定大小的单通道图像；将不同波长的单通道图像组合成视频流，对视频流进行压缩；S6，将压缩后的单通道图像视频流通过网络实时传输至客户端，并进行实时解码拼接，得到完整的光谱视频。所述步骤S3中，获得映射表的具体步骤为：首先模拟棱镜的参数确定特定点的比例因子，棱镜的参数包括入射角α、出射角β、焦距f以及影响光路出射角度的阿米西棱镜的拼接夹角，不同波长的光线出射后的偏移角度取决于棱镜的参数，在光谱畸变校正的过程中通过随机设置棱镜的参数，模拟出不同波长的光相对于水平位置偏移的距离；根据不同材料的棱镜提供的若干特定波长对应的折射率，通过设定模拟值求解出特定点波长对应的偏移距离，然后通过牛顿差值法，获得步骤S2中特征峰波长对应的偏移距离，之后求取所述特定点波长相对于特征峰波长的偏移比例因子，该偏移比例因子是固定的，不受棱镜参数的影响，这样就可以通过测量实际拍摄图像中特征峰波长的偏移，根据求取的特定点波长的偏移比例因子求得特定点波长对应的像素位置，再通过牛顿差值的方法求得每一个像素对应的波长，得到一张映射表。所述步骤S5中，将整个视频流分为空间帧和光谱帧，每个空间帧中包含若干光谱帧。上述方法可以将掩模造成的空间信息不连续的光谱图像按照通道重新拼接，保证光谱质量的前提下进行压缩，相对于直接压缩稀疏的光谱图像，本方法大大提高了压缩比，并且采用压缩传输并行的算法，大幅度提高了传输效率，实现了光谱图像的实时异地采集传输与重建。附图说明图1是本专利技术方法的流程图；图2是获取光谱视频装置的示意图，由掩模，棱镜和灰度相机组成；图3是荧光灯的光谱，用来标定相机，荧光灯在可见光波长存在两个特征波峰；图4是以荧光灯作为光源，光谱视频装置获取的单帧光谱图像；图5是实例化中具体的棱镜模型，用于参数模拟求取像素——波长映射表；图6拍摄实际场景，获取的光谱视频中的单帧图像；图7是将图6进行部分放大后的图像，其中每一条表示一个光谱条带；图8将图6的单帧光谱图提取出的单通道图，对应波长为570nm；图9提取若干通道图像经传输之后重新恢复出的光谱图；图10是图9进行部分放大后的图像。具体实施方式为使本专利技术的目的，技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术的实施方法作详细的描述。本专利技术的方法流程如图1所示，具体步骤为：S1，利用棱镜和掩模获得高光谱分辨率、低空间分辨率的多通道光谱视频，为了保证通过量，掩模的开孔不能太小，要可以通过多个空间点的光，在水平方向和垂直方向都进行采样。因为棱镜在垂直方向上分光，所以垂直方向的采样率更低。高光谱分辨率指的是图像的光谱分辨率高，低空间分辨率指的是这幅图像转化为光谱图像对应的空间分辨率低，在一幅高像素值的图像中通过牺牲空间分辨率获得较高的光谱分辨率。获取的图像由于掩模的空间采样和棱镜的分光作用，使得多个像素点映射到同一个空间位置，但是映射的波长不同，获取的单帧光谱图像的空间分辨率低，但是可以一次拍摄获得光谱，从而实现光谱视频的拍摄。S2，利用荧光灯或其他至少有两个特征峰光谱的光源，也可以直接利用激光进行标定，通过拍摄白色漫发射的背景，因为光源存在特征峰，拍摄出的图像在特征峰处亮度值梯度大，可以利用梯度变化标记出特征峰的像素位置。S3，光谱在像素上的映射是非线性的，即相邻两个像素映射的波长差值并不是相同的，这是因为棱镜展开的光谱是非线性的，利用特征峰并模拟棱镜参数，获得光谱图像上各坐标对应的波本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光谱多通道混合压缩传输方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，利用棱镜和掩模获得高光谱分辨率和低空间分辨率的多通道光谱视频，其中，掩模的开孔可以通过多个空间点的光，并在水平方向和垂直方向都进行采样；S2，利用荧光灯或其他至少有两个特征峰光谱的光源，拍摄白色漫反射背景，特征峰对应的像素亮度梯度大，可以据此标记出单帧光谱图像中特征波长所对应的图像像素坐标；S3，利用特征峰的位置并模拟棱镜参数，获得步骤S2拍摄的光谱图像上各图像像素坐标对应的波长，得到一张映射表；S4，利用映射表，拍摄其他场景时，提取对应相同波长的像素点，将这些像素点按照原图像的空间相对位置进行排列，并保证不会出现空间位置在垂直位置上偏移；通过在行采样末尾填不同数量的空白像素，保证提取的不同波长图像的大小是一致的；S5，将提取的同一波长的像素进行拼接，组成特定大小的单通道图像；将不同波长的单通道图像组合成视频流，对视频流进行压缩；S6，将压缩后的单通道图像视频流通过网络实时传输至客户端，并进行实时解码拼接，得到完整的光谱视频。

【技术特征摘要】
1.一种光谱多通道混合压缩传输方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，利用棱镜和掩模获得高光谱分辨率和低空间分辨率的多通道光谱视频，其中，掩模的开孔可以通过多个空间点的光，并在水平方向和垂直方向都进行采样；S2，利用荧光灯或其他至少有两个特征峰光谱的光源，拍摄白色漫反射背景，特征峰对应的像素亮度梯度大，可以据此标记出单帧光谱图像中特征波长所对应的图像像素坐标；S3，利用特征峰的位置并模拟棱镜参数，获得步骤S2拍摄的光谱图像上各图像像素坐标对应的波长，得到一张映射表；S4，利用映射表，拍摄其他场景时，提取对应相同波长的像素点，将这些像素点按照原图像的空间相对位置进行排列，并保证不会出现空间位置在垂直位置上偏移；通过在行采样末尾填不同数量的空白像素，保证提取的不同波长图像的大小是一致的；S5，将提取的同一波长的像素进行拼接，组成特定大小的单通道图像；将不同波长的单通道图像组合成视频流，对视频流进行压缩；S6，将压缩后的单通道图像视频流通过网络实时传输至客户端，并进行实时解码拼接，得到完整的光谱视频。2.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：马展，董辰辰，陈都，李涵，曹汛，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32