[发明专利]一种消除材质对光谱反射率测量精度影响的方法

说明书

技术领域

本发明涉及光谱反射率校正方法，尤其涉及一种利用自适应波段选择消除材质对光谱反射率测量精度影响的方法。

背景技术

多光谱成像系统通过采集物体在不同波段下的图像，可以相机的空间分辨率实现光谱测量，因此在电子档案、精细印染、彩色打印等领域得到广泛应用。光谱反射率重建是多光谱成像系统中的核心问题，其重建过程为，利用一定数量的颜色样本和光谱反射率重建算法得到系统的光谱转换矩阵。由于多光谱成像系统在几何结构和测量原理上具有特殊性，以及不同材质的BRDF之间存在差异(见附图1和2)，当重建所用的颜色样本的材质与待测样本的材质不同时，多光谱成像系统测得的光谱反射率与标准的光谱反射率之间会存在差异。传统的光谱反射率校正方法利用光谱反射率的平滑性质，仅采用局部的波段信息对光谱反射率进行校正。

多光谱成像系统测得的光谱反射率和标准的光谱反射率之间存在如下的线性转换关系：

其中是测得的光谱反射率，r是标准的光谱反射率，H是校正矩阵。Chung在文献【Improvement of inter-instrumental agreement for reflectance spectrophotometers,2004,120(6):284-292.】中提出一种校正模型，其中校正矩阵H可以表示为：

在校正过程中，需要在测得的光谱反射率中加入一个偏置项，因此上式中H∈R^N×(N+1)，最后一列对应着偏置项的系数。从校正模型中可以看到，这种校正模型经验性较强，仅选择了局部的波段信息参与校正，在实际应用中不一定符合最优的校正模型。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种消除材质对光谱反射率测量精度影响的方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种消除材质对光谱反射率测量精度影响的方法，该方法包括以下步骤：

(1)多光谱成像系统测量待测颜色样本，得到待消除材质影响的光谱反射率在可见光范围内的波段采样数量为31个，即待消除材质影响的光谱反射率为31×M的矩阵，M为待测颜色样本的数量；

(2)求解多光谱成像系统的校正系数H，具体为：

(2.1)分别用多光谱成像系统和分光光度计测量任意颜色样本的光谱反射率，用多光谱成像系统测量颜色样本得到的光谱反射率为分光光度计测量颜色样本的光谱反射率为r，光谱反射率在可见光范围内的波段采样数量为31个，即和r均为31×1的列向量。

(2.2)从的31个波段中，随机选取3个波段a、b、c参与校正，波段组合用一个二进制向量表示为，

其中1表示参与校正的波段，0表示未参与校正的波段，a、b、c表示参与校正的波段的位置，0<a、b、c<31；例如

(2.3)生成一组31比特的二进制向量X，向量的个数N通过下式计算，

其中[]代表四舍五入操作，为不同的波段组合。(2.4)对于向量组中的任一个波段组合来说(j∈1,2,…,N)，从其余的波段组合中随机选择和p∈1,2,…,N、q∈1,2,…,N，j、p、q互不相等，根据和得到一组交换序列E_pq，

(2.5)根据交换序列中的每个交换对，分别交换波段组合中，a_p位置和a_q位置、b_p位置和b_q位置、c_p位置和c_q位置上的数值，形成一个新的波段组合即

(2.6)计算两种波段组合和的校正误差，由下式得到：

其中，为多光谱成像系统测得的第i个颜色样本的光谱反射率，r_i为分光光度计测得的第i个颜色样本的光谱反射率，是在中加入偏置项后的结果，即L代表颜色样本的数量，i为颜色样本的序号，1≤i≤L；n表示任一个波段，1≤n≤31，H_Ω(n)代表第n个波段在波段组合Ω下的校正系数，或比较这两种波段组合的校正误差，保留校正误差较小的波段组合。