[发明专利]一种针对快速成像的八通道多光谱相机设计方法

说明书

本发明公开了一种针对快速成像的八通道多光谱相机设计方法，步骤包括：1)设定八通道滤色片的透射曲线；2)设计多光谱成像的阵列分布，在相机结构中采用一个CCD，在该CCD的每个像素位置只采集一个通道的Raw数据，八个通道的滤色片排列成2×4形式，并在整个CCD表面重复排列；3)针对八通道光谱raw数据进行图像恢复；4)对恢复后的多光谱图像进行后处理；5)多光谱相机的特性化处理。本发明方法设计的八通道多光谱相机，相机结构简单，占用空间小，成像时间短，成本低。

技术领域

本发明属于快速光谱成像技术领域，涉及一种针对快速成像的八通道多光谱相机设计方法。

背景技术

多光谱图像采用多个通道记录和表征目标场景信息，便于从不同波段或频率分析目标特征，因此在遥感、医疗、自然灾害评估及艺术品复制等领域得到广泛应用。自1972年NASA采用多光谱传感器采集地球表面信息以来，如何快速、精确采集多光谱图像一直是重要的研究热点之一。

多光谱相机大都基于多次成像原理，以轮式光谱相机为例，其采用单个镜头、多组滤色片的结构，不同滤色片分布在轮式结构上，每曝光一次采用一个滤色片，然后旋转滤色片轮进行下一个通道的成像，因此轮式光谱相机成像时间长、图像易受到旋转时结构振动影响。另外一类多光谱相机采用光栅或棱镜进行分光，然后在单个CCD上多次成像或者多个CCD上成像，存在结构复杂、成本高的缺陷。

近年来，考虑到RGB数码相机一次成像的诸多优点，人们开始研究与之结构相似的快速成像的多光谱相机。这类相机的特征是，采用单个CCD成像，CCD上面覆盖滤色片阵列，每个像素位置对应一个通道的滤色片，然后通过demosaic算法恢复像素上其他通道值。与传统数码相机相比，多光谱相机的通道数较多，因此在每通道滤色片透射曲线设定、光谱阵列设计、多光谱demosaic方法等方面较为复杂。

发明内容

本发明的目的是提供一种针对快速成像的八通道多光谱相机设计方法，解决了现有技术中多光谱图像采集速度慢、相机结构复杂及成本高的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种针对快速成像的八通道多光谱相机设计方法，按照以下步骤实施：

步骤1、设定八通道滤色片的透射曲线

相机中的滤色片透射曲线设计成高斯分布，若光谱采集范围为λ₁＜λ＜λ₂，则透射函数定义为：

其中，μ为光谱分布的期待值，σ为标准差；

步骤2、设计多光谱成像的阵列分布，

在相机结构中采用一个CCD，在该CCD的每个像素位置只采集一个通道的Raw数据，八个通道的滤色片排列成2×4形式，并在整个CCD表面重复排列；

步骤3、针对八通道光谱raw数据进行图像恢复；

步骤4、对恢复后的多光谱图像进行后处理；

步骤5、多光谱相机的特性化处理。

本发明的有益效果是，当前的超光谱和多光谱相机大都采用复杂的分光部件，占用空间大，图像采集时间长；而本相机采用与传统数码相机类似的结构，配置了单个CCD，每个CCD像素位置上覆盖单通道滤色片，因此可以实现一次曝光就可获得完整多通道的光谱图像，其显著优点就是相机结构简单，占用空间小，成像时间短，成本低。

附图说明

图1是本发明方法采用的各通道滤色片曲线图；

图2是本发明方法采用的八个通道的滤色片排列成两行四列的示意图；

图3是本发明方法采用的光谱demosaic示意图；

图4是本发明方法采用的每个通道的模板。