一种基于LED照明的颜色测量多光谱成像系统技术方案

本发明专利技术提供了一种基于LED照明的颜色测量多光谱成像系统，包括主控计算机和封闭式灯箱；灯箱顶部设有数码相机，底部设有LED灯组控制装置、抽屉式承物台和LED灯组。被测物体放置抽屉式承物台上，主控计算机控制LED灯组的光谱功率分布与数码相机的光谱灵敏度曲线成倒数关系，驱动LED灯组控制装置开启相应的LED灯及其点亮程度，同时控制数码相机拍摄LED灯开启时被测物体图像并提取相机响应进行计算，得到被测物体每一个像素的光谱反射率。实施本发明专利技术，能够突破传统局限，用于传统测色仪器无法使用的领域。

【技术实现步骤摘要】
一种基于LED照明的颜色测量多光谱成像系统
本专利技术涉及颜色测量
，尤其涉及一种基于LED照明的颜色测量多光谱成像系统。
技术介绍
物体的光谱反射率是物体表面的重要光学特性，也是物体表面颜色的“指纹”或“基因”。因此，颜色测量是色彩再现相关行业控制颜色再现质量的一种必不可少的主要手段。传统的物体表面颜色测量方法有目视法、光电积分法和分光光度法三种，具体如下：(1)目视法是由标准色度观察者在特定的照明条件下对产品进行目测鉴别，并与国际照明委员会(CIE)标准色度图或其他标准色卡进行比较，得出颜色参数；(2)光电积分法的典型仪器是色度计，由光源、探测器、数据处理器和输出单元四部分组成；其中，探测器一般是三个带有修正滤光片组的光电管或大面积硅光电二极管等颜色传感器。该方法不能精确测量出物体的三刺激值或色品坐标，不能给出物体的光谱反射率，但能准确测出两个物体之间的色差，因而又被称为色差计，不能用于颜色的精确复制；(3)分光光度法多采用积分球式，使被测物体获得均匀的照明；采用光栅分光来获取单色光，通过测量不透明物体反射(散射)光的光谱反射率或透明物体的光谱透射率，进一步计算颜色三刺激值，从而获取各种颜色参数。由于该方法通过探测样品的光谱成分确定其颜色参数，具有精度非常高的特点，因此适用于大多数颜色测量中测量物体表面的反射率或透明物质的透射率。专利技术人发现，上述三种传统的颜色测量方法均存在不足之处，其不足之处在于：目视法与观察者个体的心理和生理相关性较大，测量的结果主观性强、精度低、操作麻烦，不同的观察者差异性较大；而光电积分法和分光光度法都是接触式测量方法，即仪器的测量孔径必须紧贴被测物体表面以免外界光线进入测量仪器，因此极易损毁脆弱物体表面的原有特性，不能测量易碎、高温高湿、贵重物品，也不能测量可能污染或损坏仪器的物品如食物、油漆、油墨等。传统的颜色测量方法最为人诟病的限制是只能测量一定大小的目标物体，无法测量细小的物体，如小到类似于图像中的单个像素的物体色，无法满足精细颜色如文物古迹、生物医学、3D打印的复制再现，这些都是目前颜色检测方法中需要解决的关键技术问题。因此，亟需一种颜色测量方法，能够突破现有测色仪器的限制，非接触地测量物体表面上小到一个像素的颜色，用于传统测色仪器无法使用的领域，如食品饮料、液体、化妆品、表面凸凹不平和形状不规则的物体等。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中的缺点与不足，提供一种基于LED照明的用于颜色测量的多光谱成像系统，能够采用非接触式颜色测量方式，突破传统颜色测量方法的局限，用于传统测色仪器无法使用的领域。为了解决上述技术问题，本专利技术实施例提供了一种基于LED照明的颜色测量多光谱成像系统，包括主控计算机和用于搁置被测物体的封闭式灯箱；其中，所述灯箱的顶部设有数码相机，底部中央封闭空间内设有LED灯组控制装置，其上部设有用于搁置被测物体且经外部驱动进出所述灯箱的抽屉式承物台，底部两侧分别设有至少一个LED灯组；其中，所述数码相机对准所述被测物体并与所述主控计算机相连，用于对所述被测物体进行图像拍摄；每一个LED灯组均包括多个不同峰值波长的单色LED灯；所述LED灯组控制装置与每一个LED灯组及所述主控计算机均相连，用于接收所述主控计算机发送的控制指令，并根据所述接收到的控制指令，控制每一个LED灯组之其一或其多LED灯打开或关闭及其点亮程度；所述主控计算机，用于根据所述数码相机的光谱灵敏度曲线，控制所述每一个LED灯组的光谱功率分布与所述数码相机的光谱灵敏度曲线成倒数关系，并输出控制指令驱动所述LED灯组控制装置开启所述每一个LED灯组中相应的LED灯，以及接收所述每一个LED灯组中相应的LED灯开启时所述数码相机拍摄到的被测物体的图像并提取相机响应进行计算，得到所述被测物体上每一个像素的光谱反射率。其中，任一个LED灯组上所含有的全部单色LED灯均交叉排列在具有LED灯珠阵列的LED电路板上，所述LED电路板固定在散热片上，且离开所述LED电路板发光面一侧一定距离设有散光片。其中，任一个LED灯组均固定于所述灯箱底部两侧，并均与所述灯箱底部平面形成一定锐角角度，发光面倾斜朝向灯箱两侧内壁之一。其中，所述LED灯组至少有两个且结构完全相同，且所述LED灯组相对设置于所述被测物体的两侧。其中，所述数码相机为高速黑白相机或高速彩色相机。与现有技术相比，本专利技术具有如下优点与有益效果：1、本专利技术通过主控计算机控制多个不同峰值波长的单色LED组成的LED灯组，模拟与数码相机的光谱灵敏度曲线成倒数关系的主动照明光源来照射被测物体，并依次获取数码相机所采集被测物体的多光谱图像，从多光谱图像中提取被测物体表面的颜色信息，重建出被测物体表面光谱反射率，达到测量被测物体颜色的目的，该方法具有算法简单，引入的系统误差小，测量精度高等优点，并且能够突破传统颜色测量方法的局限，采用非接触式颜色测量可用于传统测色仪器无法使用的领域；2、本专利技术采用LED灯作为主动照明光源构建多光谱成像系统，可以免除分光系统，降低系统成本，提高多光谱图像的采集速度。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例中提供的基于LED照明的颜色测量多光谱成像系统的系统结构示意图；图2为本专利技术实施例中提供的基于LED照明的颜色测量多光谱成像系统的实现方法流程图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。如图1所示，为本专利技术实施例中，提出的一种基于LED照明的颜色测量多光谱成像系统，包括主控计算机1和用于搁置被测物体M的封闭式灯箱2；其中，灯箱1的顶部设有数码相机3，底部中央封闭空间内设有LED灯组控制装置4，其上部设有用于搁置被测物体M且经外部驱动进出灯箱1的抽屉式承物台5，底部两侧分别设有至少一个LED灯组6；所有的灯组6均具有完全相同的结构；其中，数码相机3对准被测物体M并与主控计算机1相连，用于对被测物体M进行图像拍摄；每一个LED灯组6均包括多个不同峰值波长的单色LED灯；LED灯组控制装置4与每一个LED灯组6及主控计算机1均相连，用于接收主控计算机1发送的控制指令，并根据接收到的控制指令，控制每一个LED灯组6之其一或其多LED灯打开或关闭及其点亮程度；主控计算机1，用于根据数码相机3的光谱灵敏度曲线，控制每一个LED灯组6的发光光谱功率分布与数码相机3的光谱灵敏度曲线成倒数关系，并输出控制指令驱动LED灯组控制装置4开启每一个LED灯组6中相应的LED灯并调节其亮度，以及接收每一个LED灯组6中相应的LED灯开启时数码相机3拍摄到的被测物体的图像并提取相机响应进行计算，得到被测物体M上每一个像素的光谱反射率。应当说明的是，灯箱1上设有一开本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于LED照明的颜色测量多光谱成像系统，其特征在于，包括主控计算机和用于搁置被测物体的封闭式灯箱；其中，所述灯箱的顶部设有数码相机，底部中央封闭空间内设有LED灯组控制装置，其上部设有用于搁置被测物体且经外部驱动进出所述灯箱的抽屉式承物台，底部两侧分别设有至少一个LED灯组；其中，所述数码相机对准所述被测物体并与所述主控计算机相连，用于对所述被测物体进行图像拍摄；所有的所述LED灯组具有相同的结构；每一个所述LED灯组均包括多个不同峰值波长的单色LED灯；所述LED灯组控制装置与每一个所述LED灯组及所述主控计算机均相连，用于接收所述主控计算机发送的控制指令，并根据所述接收到的控制指令，控制每一个LED灯组之其一或其多LED灯打开或关闭及其点亮程度；所述主控计算机，用于根据所述数码相机的光谱灵敏度曲线，控制所述每一个LED灯组的光谱功率分布与所述数码相机的光谱灵敏度曲线成倒数关系，并输出控制指令驱动所述LED灯组控制装置开启所述每一个LED灯组中相应的LED灯，以及接收所述每一个LED灯组中相应的LED灯开启时所述数码相机拍摄到的被测物体的图像并提取相机响应进行计算，得到所述被测物体上每一个像素的光谱反射率。...

【技术特征摘要】
1.一种基于LED照明的颜色测量多光谱成像系统，其特征在于，包括主控计算机和用于搁置被测物体的封闭式灯箱；其中，所述灯箱的顶部设有数码相机，底部中央封闭空间内设有LED灯组控制装置，其上部设有用于搁置被测物体且经外部驱动进出所述灯箱的抽屉式承物台，底部两侧分别设有至少一个LED灯组；其中，所述数码相机对准所述被测物体并与所述主控计算机相连，用于对所述被测物体进行图像拍摄；所有的所述LED灯组具有相同的结构；每一个所述LED灯组均包括多个不同峰值波长的单色LED灯；所述LED灯组控制装置与每一个所述LED灯组及所述主控计算机均相连，用于接收所述主控计算机发送的控制指令，并根据所述接收到的控制指令，控制每一个LED灯组之其一或其多LED灯打开或关闭及其点亮程度；所述主控计算机，用于根据所述数码相机的光谱灵敏度曲线，控制所述每一个LED灯组的光谱功率分布与所述数码相机的光谱灵敏度曲线成倒数关系，并输出控制指令驱动所述LED灯组控制装置开启所述每一个LED灯组中相应的LE...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔桂华，阮秀凯，蔡启博，谈燕花，谢文彬，褚金金，柳耀武，徐婷，张耀举，朱海永，戴瑜兴，
申请(专利权)人：温州大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33