[发明专利]一种利用多光谱相机双光源响应值获取光谱反射比的方法

说明书

技术领域

本发明涉及成像式获取物体表面光谱及色度信息的方法，尤其是利用具有多个可见光波段通道的多光谱相机获取物体的反射光谱信息以进一步获取物体色度信息的方法。

背景技术

由于同色异谱现象的存在，物体的色度参数难以可靠表征物体表面的本源信息，而物体表面的光谱反射比是设备无关和捕获光源无关的物理量，表征了物体表面的本源信息，因此准确获取物体光谱反射比可以忠实复现物体在任意光源下的色貌。

成像式获取物体光谱反射比可以克服分光光度计逐点式测量和接触式测量的缺陷，能够快速获取成像范围内所有物体的光谱反射比。普通商用相机可以用于成像式获取物体光谱反射比，但由于只有R、G、B三个通道而无法高精度获取光谱反射比。而多光谱相机用于成像式获取物体光谱反射比，由于增加了成像的通道数，所以可以大幅度提高光谱反射比的获取精度。

当采用更多的通道响应值获取物体光谱反射比时，获取精度会进一步提高。利用目标样本在两种光源下的通道响应值可以显著增加目标样本通道响应值的数量，但在两种光源下实际拍摄会增加操作复杂度和多光谱图像采集时间，如在另一种光源下需要重新调整每一个通道的曝光时间，对每个通道对焦，多通道图像之间的配准等。

发明内容

为了利用更多的通道响应值获取物体表面的光谱反射比，并减少多光谱相机的操作复杂度和多通道图像采集时间，本发明提出了一种利用多光谱相机双光源响应值获取光谱反射比的方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种利用多光谱相机双光源响应值获取光谱反射比的方法，包括以下步骤：

(1)利用训练样本建立两种光源下多光谱相机通道响应值之间的函数关系。具体包括以下子步骤：

(1.1)在第一种光源a下和第二种光源b下分别用多光谱相机拍摄训练样本。采用包含各种颜色块的标准色卡作为训练样本，将标准色卡以45/0照明与测量几何条件放置于光源a下，用多光谱相机的所有通道拍摄标准色卡，提取光源a下标准色卡的全部通道响应值P_a为n行q列的矩阵，其中n为标准色卡上的色块数，q为多光谱相机通道的数量，每一行表示一个色块对应的q个通道的响应值，每一列表示一个通道输出的n个色块的响应值。再将标准色卡以同样的照明与测量几何条件放置于光源b下进行拍摄，提取标准色卡在光源b下全部通道的响应值P_b也为n行q列的矩阵。

(1.2)建立每一个通道在a和b两种光源下响应值之间的函数关系。假设p_a1和p_b1分别为矩阵P_a的第1列和P_b的第1列，分别对应标准色卡在a和b光源下第1个通道的n个色块的响应值。通过二次多项式拟合光源b下第1个通道的响应值p_b1与光源a下第1个通道响应值p_a1之间的关系，即

p_b1＝k₀+k₁*p_a1+k₂*p_a1²

利用p_a1和p_b1，通过最小二乘法求解上述多项式的系数k＝[k_0,k₁,k₂]，即

k＝(C^TC)^-1C^Tp_b1

C＝[o,p_a1,p_a1οp_a1]

其中，为含有n个元素都为1的列向量，ο为矩阵或向量的Hadamard积。

用上述同样的方法，类似地可以求出其余q-1个通道在b光源下的响应值与在a光源下的响应值之间的二次多项式函数。

(2)计算光谱反射比与多通道响应值之间的转换矩阵。用分光光度计测量标准色卡的所有色块的光谱反射比R为n行m列的矩阵，其中n为标准色卡上的色块数，m为光谱反射比的维数。根据两种光源下通道响应值之间的二次多项式函数，利用标准色卡在光源a下的响应值P_a计算出其在光源b下的通道响应值则标准色卡在两种光源下的所有通道的响应值为然后，由最小二乘法计算从多通道响应值到光谱反射比的转换矩阵M，即