一种高动态范围光谱图像数据的存储方法技术

本发明专利技术提出了一种高动态范围光谱图像数据的存储方法。本发明专利技术在光谱反射比数据的基础上加入一个虚拟等能白光源，将高动态范围光谱图像的像素响应值分离为其归一化光谱反射比与等能白光源亮度的乘积，便于颜色的计算和图像的高动态范围亮度映射。该方法可以在比较完整地保存物体光谱反射比数据，并较准确地记录图像中高动态范围光照强度分布信息，可以降低光谱图像的颜色复现和高动态范围图像颜色映射的误差水平。

A storage method of high dynamic range spectral image data

【技术实现步骤摘要】
一种高动态范围光谱图像数据的存储方法
本专利技术涉及光谱
，具体涉及一种高动态范围光谱图像数据的存储方法。
技术介绍
随着多光谱和高光谱图像传感器技术的发展，拍摄和记录多光谱和高光谱图像的手段日趋丰富。多光谱和高光谱相机拍摄的多通道响应值，是物体表面光谱反射比、光源光谱功率函数和相机通道光谱响应函数乘积在可见光范围内的积分值。通过参考在同样光照环境下已知光谱反射比的训练样本响应值建立相机响应值空间向光谱反射比空间的映射矩阵，或标定拍摄时使用的照明光源的光谱功率分布和相机的通道光谱灵敏度曲线，可以从多光谱或高光谱相机的通道响应值中重建图像的光谱反射比。典型的图像光谱反射比数据R为一个1×N的向量，每个元素代表在可见光光谱范围内(一般为380nm到780nm)对应波长位置λk的物体光谱反射比R(λk)R＝[R(380)…R(780)]N的值可以根据需要灵活改变，但一般至少令光谱反射比数据点间隔低于10nm，即N≥41。一幅长宽分别为q、p的光谱图像可以表示为以往的光谱图像应用主要集中在室内静态图像采集，如文物考古、物品缺陷分析等方面，一般使用均匀一致的照明光源，在经过光源光谱功率分布标定后，光谱反射比的数值可以直接使用物体在对应波长的归一化反射比(归一化对象为理论白点，即可见光范围内光谱反射比恒定为100％的虚拟白物体)，其值大小为R(λk)∈(0，1]。在当前光谱相机的小型化和光谱图像应用范围逐渐扩展的情况下，产生了对真实场景的光谱反射比进行测量和记录的需求。与室内恒定、均匀一致光源下的光谱图像捕获不同，真实场景的光照条件更为复杂，相机记录的光照强度将有剧烈的变化，为了能够真实地复现图像样貌，可以使用多次不同曝光参数的拍摄数据合成高动态范围光谱图像。本专利技术为了简化模型，暂假设真实场景的照明光源具有相同的光谱功率分布，而仅存在强度的区别。在这种情况下，若使用单一的标定光源光谱功率分布和光源强度，在高动态范围条件下，势必存在一些区域的归一化反射比远大于1，而一些区域的归一化反射比接近于0。这些异常点的数据难以进行色度学计算，增加了光谱图像信息提取和展示的难度。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决现有技术中存在的问题，并提供一种高动态范围光谱图像数据的存储方法。本专利技术具体采用的技术方案如下：一种高动态范围光谱图像数据的存储方法，其步骤如下：S1：获取原始N通道的高动态范围光谱图像图像尺寸为p×q：其中：Rij表示图像中(i，j)坐标位置的高动态范围光谱反射比，为一个1×N的向量：Rij＝[Rij(380)，…，Rij(λk)，…，Rij(780)]λk表示可见光光谱范围内第k个光谱通道对应的波长，k∈[1，N]；S2：对于高动态范围光谱图像中的任一像素的Rij，估计其光照强度E(L)ij为：其中：K为缩放系数；S3：将Rij转化为归一化高动态光谱反射比像素Lij：Lij＝[Lij(380)，…，Lij(λk)，…，Lij(780)，E(L)ij]Lij为一个1×(N+1)的向量，其中：该像素的虚拟光照强度表示为其中为一个1×N的单位向量：S4：将经过归一化处理后的高动态范围光谱图像存储为：作为优选，高动态范围光谱图像的通道数N取值范围为41～401。作为优选，λk的取值范围为380～780nm。作为优选，缩放系数K的取值范围0.5～1。本专利技术的有益效果为：本专利技术涉及存储具有高动态范围的图像光谱反射比数据的方法，该方法可以在比较完整地保存物体光谱反射比数据的同时，较准确地记录图像中高动态范围光照强度分布信息，可以降低光谱图像的颜色复现和高动态范围图像颜色映射的误差水平。附图说明图1为捕获的高动态范围光谱图像示意图。为了便于展示，反射比图像已经转换为D65光源照明下的RGB彩色图像并将其动态范围压缩以正常显示。图2为处理后光谱图像的E(L)通道示意图。为便于展示灰度响应值进行了对数压缩。图3为归一化光谱反射比[L(380)…L(780)]的示意图。为了便于展示，反射比图像已经转换为D65光源照明下的RGB彩色图像。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术做进一步说明。本专利技术提出了一种存储具有高动态范围的图像光谱反射比数据的方法，其在光谱反射比数据的基础上加入一个虚拟等能白光源，将高动态范围光谱图像的像素响应值分离为其归一化光谱反射比与等能白光源亮度的乘积，便于颜色的计算和图像的高动态范围亮度映射。在本专利技术中，一种高动态范围光谱图像数据的存储方法，其具体步骤如下：S1：获取原始N通道的高动态范围光谱图像图像尺寸为p×q，可以表示为，其中：Rij表示图像中(i，j)坐标位置的高动态范围光谱反射比，为一个1×N的向量：Rij＝[Rij(380)，…，Rij(λk)，…，Rij(780)]λk表示可见光光谱范围内第k个光谱通道对应的波长，k∈[1，N]；其元素值Rij(k)∈(0，+∞]；S2：对于高动态范围光谱图像中的任一像素的Rij，估计其光照强度E(L)ij为：其中：K为防止图像的归一化反射比Lij(λk)值溢出的缩放系数；S3：将Rij转化为归一化高动态光谱反射比像素Lij：Lij＝[Lij(380)，…，Lij(λk)，…，Lij(780)，E(L)ij]Lij为一个1×(N+1)的向量，其中Lij(λk)∈(0，1)，且：该像素的虚拟光照强度表示为其中为一个1×N的单位向量：S4：将经过归一化处理后的高动态范围光谱图像存储为：本专利技术中假定输入可见光光谱范围为波长380nm到780nm。由于人眼的光谱匹配函数在可见光波长380nm到400nm和700nm到780nm范围内响应值很低，在大多数情况下对图像最终的显示效果影响较小，故在某些应用中为了简化计算，也可以将可见光范围定义为波长400nm到700nm。这种定义方式并不影响本专利技术的核心思想，属于本专利技术方案的同等替换，故对将可见光范围定义为波长400nm到700nm时本专利技术的具体实施方法不再赘述。下面通过具体实施例对该方法进行应用，以展示其具体的技术效果。本实施例使用一幅光谱图像为例，其分辨率为1936×2198像素，光谱通道数为93(采样间隔为约3.2nm)。光谱图像在均匀光照下被捕获，本身不具备高动态范围特性，为了契合本专利技术的高动态范围主题，图像两侧人为加入了光源强度渐变遮罩，用以模拟具有高动态范围的光谱图像。如图1所示，在加入光源强度渐变后，左侧光照强度最低，为标准光照的10-4倍；右侧最高，为标准光照的104倍。高动态范围图像通常无法在动态范围较低的普通显示器上正常显示，图1为通过简单的线性压缩获得的、在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高动态范围光谱图像数据的存储方法，其特征在于，步骤如下：/nS1：获取原始N通道的高动态范围光谱图像

【技术特征摘要】
1.一种高动态范围光谱图像数据的存储方法，其特征在于，步骤如下：
S1：获取原始N通道的高动态范围光谱图像图像尺寸为p×q：



其中：Rij表示图像中(i，j)坐标位置的高动态范围光谱反射比，为一个1×N的向量：
Rij＝[Rij(380)，…，Rij(λk)，…，Rij(780)]
λk表示可见光光谱范围内第k个光谱通道对应的波长，k∈[1，N]；
S2：对于高动态范围光谱图像中的任一像素的Rij，估计其光照强度E(L)ij为：



其中：K为缩放系数；
S3：将Rij转化为归一化高动态光谱反射比像素Lij：
Lij＝[Lij(380)，…，Lij(λk)，…，Lij(780)，E...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐海松，叶正男，邱珏沁，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33