多光谱采集系统的标定方法及系统技术方案

本发明专利技术提出一种多光谱采集系统的标定方法，包括以下步骤：通过双路多光谱采集系统对标准光源下的场景信息进行采集以得到双路多光谱图像；根据其中一路多光谱图像采样点的光谱信息、标准光源的光谱特征及多光谱采集系统的光路特征，对采样点的光谱进行光谱标定；提供两个不同扫描方向的扫描视频并通过标定视频演示装置进行演示，在演示时分别对两个扫描视频进行拍摄；根据拍摄的两个扫描视频得到采样点的匹配点，以完成采样点的空间位置标定。本发明专利技术能够准确地对双路多光谱采集系统进行光谱标定，精确地将两路采集图像的空间位置进行对准匹配，使双路多光谱采集系统能有效地对光谱图像进行采集。本发明专利技术还提出一种多光谱采集系统的标定系统。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提出一种多光谱采集系统的标定方法，包括以下步骤：通过双路多光谱采集系统对标准光源下的场景信息进行采集以得到双路多光谱图像；根据其中一路多光谱图像采样点的光谱信息、标准光源的光谱特征及多光谱采集系统的光路特征，对采样点的光谱进行光谱标定；提供两个不同扫描方向的扫描视频并通过标定视频演示装置进行演示，在演示时分别对两个扫描视频进行拍摄；根据拍摄的两个扫描视频得到采样点的匹配点，以完成采样点的空间位置标定。本专利技术能够准确地对双路多光谱采集系统进行光谱标定，精确地将两路采集图像的空间位置进行对准匹配，使双路多光谱采集系统能有效地对光谱图像进行采集。本专利技术还提出一种多光谱采集系统的标定系统。【专利说明】多光谱采集系统的标定方法及系统
本专利技术涉及光谱计算和计算摄像学
，特别涉及一种多光谱采集系统的标定方法及系统。
技术介绍
随着传感成像技术、计算机图形学、计算机视觉以及数字媒体处理技术等的快速发展，一门以计算采集与重构技术为核心的全新学科——计算摄像学逐渐形成。计算摄像学将计算机图形学、计算机视觉等计算机技术、现代传感器以及现代光学等技术相结合，从而达到提高与增强数字摄像学的能力，获得传统摄像技术无法获得的图像和视频的目的。近年来，计算摄像学作为一个快速发展的新兴交叉学科，已经成为了国际前沿研究热点。尽管近年来数字传感技术的发展巨大，数码相机已经取代了传统胶卷相机的地位，但是现代数字摄像技术并没有改变传统相机小孔成像的原理，其工作原理仍是将高维场景(常用七维全光函数表示)经过光学系统投影到二维的传感器，进行采样数字化处理后形成计算机可显示的图像。由此可以看出，在投影和采样数字化的过程中，现有的数字摄影技术不可避免地存在的全光函数其它维度上信息的丢失与耦合等固有问题。计算摄像学正是从这一角度出发，通过引入计算机技术、现代传感器和现代光学等技术，设计新型的采集系统和采集机制，对视觉世界信息进行编解码与重构，从而尽可能的获得原场景的多维信息。光谱采集技术正是计算摄像学的其中一个很重要的研究方向。早期的彩色成像技术曾试图想通过获得光谱特性加以得到，在100多年前，诺贝尔奖得主李普曼就尝试通过光的干涉原理来采集光谱，从而得到颜色信息，但这一方法设备复杂且需要很长的测量时间。人眼视觉系统有三种视锥细胞，分别对光谱中三个不同的频段感应并以红、绿、蓝三种颜色的形式被人所感知，从而组成人眼的自然图像。与此相应，传统意义上的彩色照相与摄影技术中常常采用麦克斯韦的三原色(RGB: Red，Green，Blue)成像原理，通过CCD不同的颜色积分曲线去捕捉场景的RGB三通道信息。自然场景中常常包含有丰富完整而有意义的光谱信息，如果仅仅对RGB三通道进行捕捉，将不可避免地丧失了整个光谱中的大量有意义的细节信息，而这些细节信息常常在科研、军事、医疗等诸多领域具有重要意义。计算摄像学领域中的多光谱采集技术正是从这一角度出发，基于计算摄像的新型成像技术，对整个场景中的光谱信息进行采集与重构的工作。根据技术要求和采集条件的不同，现有的多光谱采集系统可以分为三类:光谱分析仪、扫描式光谱成像仪和单次拍摄成像光谱仪。各种技术解决方案都是通过牺牲空间或时间分辨率的方式对于光谱分辨率进行补偿，以采集多光谱信息，如何获得高时间分辨率、高空间分辨率、高光谱分辨率的场景信息仍然是一个难题。2011年初，一种基于混合相机系统的进行多光谱采集系统被提出，其在牺牲空间分辨率获得附加光谱分辨率的同时，使用双路采集的技术，对场景进行双路采集，从得到的多路数据中重构出高时空分辨率的多光谱视频，实现了一种多光谱采集技术。其后，一种可以实现更大景深范围和光通量的高分辨率多光谱数据采集系统被提出，它采用成像物镜装置、掩膜采样装置、双阿米西棱镜分光装置对场景进行双路采集。虽然上述提到的工作均采用双路采集的方式，较好地多光谱视频信息进行采集和初步的标定，但是其仍缺乏一种精确的空间几何标定和光谱标定方法。
技术实现思路
本专利技术旨在至少解决上述技术问题之一或至少提供一种有用的商业选择。为此，本专利技术的一个目的在于提出一种多光谱采集系统的标定方法，该方法能够准确地对双路多光谱采集系统进行光谱标定，并精确地将两路采集图像的空间位置进行对准匹配，从而使双路多光谱采集系统能有效地采集场景的多光谱图像。本专利技术的另一个目的在于提出一种多光谱采集系统的标定系统。为了实现上述目的，本专利技术第一方面的实施例提出了一种多光谱采集系统的标定方法，包括以下步骤:S1:通过双路多光谱采集系统对标准光源下的场景信息进行采集以得到双路多光谱图像，所述双路多光谱图像包括多光谱图像和RGB彩色图像；S2:根据所述多光谱图像的采样点的多光谱信息、所述标准光源的光谱特征及所述多光谱采集系统的光路特征，对采样点的光谱进行光谱标定；S3:提供两个不同扫描方向的扫描视频并通过标定视频演示装置进行演示，在演示的同时使用所述双路多光谱采集系统分别对所述两个不同扫描方向的扫描视频进行拍摄；S4:基于所述光谱标定，根据拍摄的两个不同扫描方向的扫描视频得到所述采样点的匹配点，以完成所述采样点的空间位置标定。根据本专利技术实施例的多光谱采集系统的标定方法，可使多光谱采集系统能够精确地对双路多光谱采集系统进行光谱标定，精确地将两路采集图像的空间位置进行对准匹配，为场景光线的光谱信息的有效采集提供了良好的基础，使双路多光谱采集系统能够精确地对光谱图像进行采集。另外，根据本专利技术上述实施例的多光谱采集系统的标定方法还可以具有如下附加的技术特征:在本专利技术的实施例中，所述通过双路多光谱采集系统对标准光源下的场景信息进行采集以得到双路多光谱图像，具体包括:使用标准光源对白屏进行照射，将场景的光线用分光镜分为两路，将其中一路光线通过掩膜进行采样，并通过三棱镜对采样的光线束进行色散，所述光线在空间中横向发散，并通过灰度相机对色散后的光线进行拍摄，获得采样后的光谱图像，对于另一路光线使用RGB相机直接拍摄获得彩色RGB图像。在本专利技术的实施例中，所述通过双路多光谱采集系统对标准光源下的场景信息进行采集以得到双路多光谱图像，还包括:在所述掩膜和所述分光镜之间加入第一透镜，以及在所述掩膜和所述三棱镜之间加入第二透镜，并将所述三棱镜替换为双阿米西棱镜。在本专利技术的实施例中，所述标准光源为荧光灯。在本专利技术的实施例中，所述对采样点的光谱进行光谱标定进一步包括:分析所述多光谱采集系统的光路，并根据所述多光谱采集系统的参数对所述多光谱采集系统进行模拟实验以得到空间位置函数；对其中一路光谱图像中采样点的空间位置进行检测，并对每个采样点的光谱带进行标记，标记出所述标准光源的光线的特征谱段的空间位置；将所述空间位置作为控制点，并通过B样条曲线插值法，对所述采样点的整条光谱进行光谱标定。在本专利技术的实施例中，所述两个不同扫描方向的扫描视频的背景为黑色，且其规律图形条纹沿两个不同方向进行扫描。在本专利技术的实施例中，所述两个不同扫描方向上的扫描视频包括:第一扫描视频，所述第一扫描视频的背景为黑色，图案为白色条状竖线，且所述第一扫描视频的条纹随时间从左向右移动；第二扫描视频，所述第二扫描视频的背景为黑色，图案为白色条状横线的视频，且所述第二扫描视频的条纹随本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多光谱采集系统的标定方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：通过双路多光谱采集系统对标准光源下的场景信息进行采集以得到双路多光谱图像，所述双路多光谱图像包括多光谱图像和RGB彩色图像；S2:根据所述多光谱图像的采样点的多光谱信息、所述标准光源的光谱特征及所述多光谱采集系统的光路特征，对采样点的光谱进行光谱标定；S3：提供两个不同扫描方向的扫描视频并通过标定视频演示装置进行演示，在演示的同时使用所述双路多光谱采集系统分别对所述两个不同扫描方向的扫描视频进行拍摄；S4：基于所述光谱标定，根据拍摄的两个不同扫描方向的扫描视频得到所述采样点的匹配点，以完成所述采样点的空间位置标定。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：戴琼海，张明捷，索津莉，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：