快照式光谱成像方法、装置及光谱成像仪制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种快照式光谱成像方法、装置及光谱成像仪，所述方法包括：通过主成分分析算法，重建目标的光谱反射率曲线；根据目标的标准色度值和所述光谱反射率曲线，确定目标的光谱反射率；根据所述目标的光谱反射率，构建所述目标的光谱图像立方体。本发明专利技术具有分辨率高、曝光时间短的优势，可以获得瞬变目标场景的光谱信息和空间信息，具有速度快、稳定性好的特点。

【技术实现步骤摘要】
快照式光谱成像方法、装置及光谱成像仪
本专利技术涉及光学工程及其相关学科领域，特别是涉及一种快照式光谱成像方法、装置及光谱成像仪。
技术介绍
多光谱成像(MultispectralImaging)是多波段光谱图像获取、处理、复制、显示等系列技术的简称。通常认为在可见光波段的多光谱图像的光谱分辨率大于10nm，该分辨率能够以较高的精度拟合或重建自然界中多数目标的辐射光谱或反射光谱信息，因此对于目标识别、物质成分分析、颜色分析及彩色图像再现等具有重要的价值。在瞬变场景的多光谱成像(SnapshotMultispectralImaging)技术方面，针对自然场合目标场景在空间位置、光照、亮度等多变化的情况，亟待发展快照式光谱成像仪。
技术实现思路
为了克服上述缺陷，本专利技术要解决的技术问题是提供一种快照式光谱成像方法、装置及光谱成像仪，用以提高光谱成像的速度和稳定性。为解决上述技术问题，本专利技术中的一种快照式光谱成像方法，包括：通过主成分分析算法，重建目标的光谱反射率曲线；根据目标的标准色度值和所述光谱反射率曲线，确定目标的光谱反射率；根据所述目标的光谱反射率，构建所述目标的光谱图像立方体。为解决上述技术问题，本专利技术中的一种快照式光谱成像系统，包括存储模块和处理模块；所述存储模块存储有快照式光谱成像计算机程序；所述处理模块执行所述计算机程序，以实现如上所述方法的步骤。为解决上述技术问题，本专利技术中的一种光谱成像仪，包括三峰滤光片、三基色焦平面传感器和如上所述的快照式光谱成像系统；所述三峰滤光片用于将经过的目标的反射光过滤后，传输给所述三基色焦平面传感器；所述三基色焦平面传感器用于根据过滤的反射光形成目标的三基色图像。本专利技术有益效果如下：本专利技术实施例中方法、系统及光谱仪具有分辨率高、曝光时间短的优势，可以获得瞬变目标场景的光谱信息和空间信息，具有速度快、稳定性好的特点。附图说明图1是本专利技术实施例中一种快照式光谱成像方法的流程图；图2是本专利技术实施例中一种光谱成像仪的结构原理图；图3是本专利技术实施例中一种光谱成像仪的工作原理图；图4是本专利技术实施例中光谱图像立方体的示意图；图5是本专利技术实施例中目标的实际光谱和重建光谱对比图。具体实施方式为了解决现有技术的问题，本专利技术提供了一种快照式光谱成像方法、装置及光谱成像仪，以下结合附图以及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不限定本专利技术。实施例一本专利技术实施例提供一种快照式光谱成像方法，如图1所示，所述方法包括：S101，通过主成分分析算法，重建目标的光谱反射率曲线；S102，根据目标的标准色度值和所述光谱反射率曲线，确定目标的光谱反射率；S103，根据所述目标的光谱反射率，构建所述目标的光谱图像立方体。本专利技术实施例中方法有效提高了光谱成像仪的精度和图像识别概率；本专利技术实施例中方法具有分辨率高、速度快、稳定性好、无需配准的特点，特别适合于复杂条件下窄带多光谱图像立方体的重建和分析。在本专利技术实施例中，可选地，所述根据目标的标准色度值和所述光谱反射率曲线，确定目标的光谱反射率之前，包括：采集所述目标的2组三基色图像；根据所述2组三基色图像，确定所述2组三基色图像的每个像素点的标准色度值。在本专利技术实施例中，可选地，所述根据所述2组三基色图像，确定所述2组三基色图像的每个像素点的标准色度值之后，包括：将所述2组三基色图像的每个像素点的标准色度值存储在用于存储所述光谱反射率曲线的光谱反射率库中。在本专利技术实施例中，可选地，所述光谱反射率曲线由标准色度坐标和光谱反射率构成；所述根据目标的标准色度值和所述光谱反射率曲线，确定目标的光谱反射率，包括：对于每个像素点，根据色差最小原则，确定与该像素点的标准色度值最接近的标准色度坐标；在所述光谱反射率曲线上，根据所述标准色度坐标确定对应的光谱反射率。在本专利技术实施例中，可选地，所述根据所述目标的光谱反射率，构建所述目标的光谱图像立方体，包括：确定待要产生的光谱切片的各个波长；对于每个波长，根据每个像素点的光谱反射率和灰度值，确定每个像素点对应于该波长的光谱值；根据各个波长的光谱值，构建所述目标的光谱图像立方体。实施例二本专利技术实施例提供一种快照式光谱成像系统，所述系统包括存储模块和处理模块；所述存储模块存储有快照式光谱成像计算机程序；所述处理模块执行所述计算机程序，以实现如实施例一中任意一项所述方法的步骤。在具体实现时，可以参阅实施例一，也具有相应的技术效果。实施例三本专利技术实施例提供一种光谱成像仪，所述光谱成像仪包括三峰滤光片、三基色焦平面传感器和如实施例二中所述的快照式光谱成像系统；所述三峰滤光片用于将经过的目标的反射光过滤后，传输给所述三基色焦平面传感器；所述三基色焦平面传感器用于根据过滤的反射光形成目标的三基色图像。在本专利技术实施例中，可选地，所述光谱成像仪还包括滤光片切换装置；所述三峰滤光片不少于2组；所述滤光片切换装置用于切换各组三峰滤光片，以使各组三峰滤光片分别将经过的目标的反射光过滤后，传输给所述三基色焦平面传感器。本专利技术实施例中快照式光谱成像系统也可以称之为数据采集与处理系统。本专利技术实施例利用三基色焦平面传感器分辨率高，曝光时间短的优势，可以获得瞬变目标场景的光谱信息和空间信息，具有速度快、稳定性好的特点。整个装置由三峰滤光片、滤光片切换装置、三基色焦平面传感器、数据采集与处理系统等组成；采用三峰滤光片选择红绿蓝三种色光并进入三基色焦平面传感器；采用滤光片切换装置对两组三峰滤光片进行快速地横向切换，并依次由三基色焦平面传感器输出6个通道的窄带光谱图像；在数据采集与处理系统中采用6基向量主成分分析法或其它光谱分析法重建目标的光谱图像数据；本专利技术实施例具有分辨率高、速度快、稳定性好的特点，将为瞬变条件下多光谱成像提供一种有效的技术手段。现结合图2简要说明本专利技术实施例：本专利技术实施例由三峰滤光片、滤光片切换装置、三基色焦平面传感器、数据采集与处理系统等部分组成。本专利技术实施例中采用三峰滤光片与三基色焦平面传感器组合，无需配准；三峰滤光片安装于三基色焦平面传感器之前，采用电控方式控制滤光片切换装置快速横向切换两组滤光片实现快照，与此同时获得两组目标的三基色图像，从而实现6通道的快照式多光谱成像。本专利技术实施例三基色焦平面传感器曝光时间短，分辨率高。入射光经目标表面反射后经过三峰滤光片成像到三基色焦平面传感器上，再由光电信号转换成RGB数字信号，形成目标的三基色图像。采用三基色焦平面传感器获取目标的彩色图像，利用三基色焦平面传感器的曝光时间短，分辨率高的优势，可以获得瞬变目标场景的光谱信息和空间信息。本专利技术实施还可以包括建立光谱反射率库、光谱反射率重建等。为了提高光谱重建时的速度，需要事先根据被测目标的光谱反射率计算它的三刺激值(也可以称之为标准色度值)和RGB值，保存到光谱反射率库中。这样光谱重建时可以和被测目标像素的三刺激值或RGB值进行最小色差比对，缩短光谱重建的时间。本专利技术实施例中选择主成分分析算法进行光谱反射率重建。该方法可以把目标的高维光谱反射率数据用低维的主成分来表示，进而建立主成分与低维相机输出值的关系。利用主成分分析法重建光谱反射率速度快、精度高，适合于复杂条件下窄带多光谱图像立方体的重建本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种快照式光谱成像方法，其特征在于，所述方法包括：通过主成分分析算法，重建目标的光谱反射率曲线；根据目标的标准色度值和所述光谱反射率曲线，确定目标的光谱反射率；根据所述目标的光谱反射率，构建所述目标的光谱图像立方体。

【技术特征摘要】
1.一种快照式光谱成像方法，其特征在于，所述方法包括：通过主成分分析算法，重建目标的光谱反射率曲线；根据目标的标准色度值和所述光谱反射率曲线，确定目标的光谱反射率；根据所述目标的光谱反射率，构建所述目标的光谱图像立方体。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据目标的标准色度值和所述光谱反射率曲线，确定目标的光谱反射率之前，包括：采集所述目标的2组三基色图像；根据所述2组三基色图像，确定所述2组三基色图像的每个像素点的标准色度值。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述2组三基色图像，确定所述2组三基色图像的每个像素点的标准色度值之后，包括：将所述2组三基色图像的每个像素点的标准色度值存储在用于存储所述光谱反射率曲线的光谱反射率库中。4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述光谱反射率曲线由标准色度坐标和光谱反射率构成；所述根据目标的标准色度值和所述光谱反射率曲线，确定目标的光谱反射率，包括：对于每个像素点，根据色差最小原则，确定与该像素点的标准色度值最接近的标准色度坐标；在所述光谱反射率曲线上，根据所述标准色度坐标确定对应的光谱反射率。5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所述目标的光谱反射率，构建所述目标的光谱图像立方体，...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖宁放，柯斌，吴文敏，李亚生，杨文明，邓晨阳，白雪琼，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京,11