CN104849220A - 一种平面式文物光谱图像获取方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种平面式文物光谱图像获取方法，包括搭建六通道宽带光谱成像系统并进行特性化标定；选定平面式文物需要进行光谱图像采集的区域A，利用均匀灰卡对区域A进行光照均匀性标定，并选定M个颜色测量点；利用光谱成像系统采集区域A的数字响应值D(A)，对D(A)进行暗电流去噪、线性化校正和光照不均匀性校正，提取M个测量点的六通道数字响应均值D(M)；利用非接触式测量设备测量获得M个测量点的光谱数据P(M)，利用光谱重建方法计算D(M)与P(M)转换矩阵Q；利用转换矩阵Q对六通道数字响应值D(A)进行光谱重建，通过光谱反射率值非负（>0）强制约束策略，获得区域A的光谱图像P(A)。本发明能准确、快速、无损地获得平面式文物光谱图像。

Description

一种平面式文物光谱图像获取方法

技术领域

本发明属于文物数字化保护技术领域，涉及一种文物光谱图像获取方法，具体涉及一种平面式文物光谱图像获取方法。

背景技术

文物数字化保护技术是当今国内外文物保护研究机构关注的主流方向之一。光谱图像获取技术作为数字影像与颜色科学领域的新兴技术，受到了国内外诸多科研机构的青睐，光谱图像技术能够获得表征物体表面颜色的属性的客观真实信息，即物体表面可见光光谱，从而对物体表面颜色表征信息进行真实的记录和表达，为物体颜色真实、客观、准确传递提供保障。

当前获得物体表面光谱图像的方式主要有以下三种：第一类是窄带光谱图像获取系统，利用如液晶可调谐滤光片(LCTF)或者滤光片轮与单色CCD数码相机组装而成，此种方法可以获得光谱分辨率图像，但其滤光片透光率低(＜50％)，信息损失严重、获取周期长，且对环境温湿度、光源稳定性要求较高；第二类为光谱相机，此种设备通过光栅或棱镜或多类型内置滤光片与仪器后端光谱记录与处理部件组合，通过线阵式扫描方法采集物体表面光谱图像，该方法虽然也能获得较高光谱分辨率的图像，但是其空间分辨率较低，且扫描速度的设置不当会引起获得的光谱图像发生压缩或拉伸等物理畸变问题；第三类为宽带光谱图像获取系统，采用宽带滤光片配合三通道高分辨率RGB数码相机，获得物体表面多通道数字响应信息，然后通过光谱重建技术计算得到物体表面的光谱反射率信息，研究已经证明采用两个合适的宽带滤光片配合高分辨率RGB相机就能满足光谱重建要求，该方法具有空间分辨率高、光谱重建精度高以及获取周期短等优点，具有较好的应用前景。

文物不可再生，也不能永生，文物的保护是一项永不落幕的工程。我国历经几千年的历史文明，已经积累大量的历史文物，如壁画、书法、古画艺术品等，这些文物不仅从内容上映射了历史各个朝代的政治经济文化的发展历程，从形式上也折射出各个时期艺术创作风格的迥异。然而这些承载着珍贵历史信息的宝贵载体却无时无刻不在遭受着自然和人为因素的损害，出现各种各样的损伤和病害，其原有的艺术风格和表现内容遭到破坏，可以显现的艺术和历史价值正不断的消减，传统的文物保护专家根据经验采取不同形式的物理和化学保护方法对文物进行保护，以期尽量挽留这些富丽堂皇的珍贵历史文物，而事实证明，这些方法虽然发挥了一定的积极作用，但受技术水平限制，具有不可逆性，存在着“破坏性”保护的风险，近些年国内外文物破坏性修复的案例常有出现，给文物保护工作敲响了警钟。

目前随着科学技术的不断进步，文物保护专家逐渐意识到人为干预式的保护方法只能减缓文物病害损耗的进程，却不可能阻止文物逐渐消亡的脚步，而采用科学的数字化保护方式可以克服先前方法的不足，利用多种多样参数数据和高保真数字影像将当前的历史文物永远的定格和保存，因此，历史文物的数字化保护理论和方法已成为全世界各个国家进行历史文物保护的研究热潮。当前我国文保机构进行文物数字化保护的手段通常是使用商业RGB数码相机记录文物色彩形貌信息，而这种记录文物颜色信息的方式是在特定设备和特定照明环境下进行的，获得的文物颜色数据包含了设备和环境光照信息，存在同色异谱问题，记录的颜色信息不准确，导致文物的颜色信息在传递过程中产生不同程度的失真。针对上述问题，当前国内文物保护机构或博物馆皆尚未提出采用宽带光谱图像获取的方式对平面式的文物进行数字化采集保护的方法。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述技术问题，提出一种平面式文物光谱图像获取方法。

本发明所采用的技术方案是：一种平面式文物光谱图像获取方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：搭建六通道宽带光谱成像系统，六通道宽带光谱成像系统由高分辨率RGB数码相机与两片宽带滤光片组成，其中要求数码相机存储图像的位深B≥12bit，需对数码相机镜头进行结构改造，在镜头前方加装滤光片卡槽，方便滤光片的取放；

步骤2：对六通道宽带光谱成像系统的暗电流水平进行标定，获得成像系统的暗电流噪声D_dark；对六通道宽带光谱成像系统各通道的光电响应特性进行标定，建立数码相机光通量与数字响应值之间的光电响应特性关系；

步骤3：针对需要进行光谱图像采集的平面式文物，选定需要获取光谱图像的区域A，在区域A内选定M个颜色测量点，要求M个测量点能代表文物画面中所有颜色，且20≤M≤30；

步骤4：利用六通道宽带光谱成像系统对区域A内的光照不均匀性进行标定，采用均匀灰板以近距离平行不接触方式遮挡住区域A，利用数码相机拍摄记录均匀灰板数字响应值矩阵D_gray，完成对区域A光照不均匀性的标定，标定过程做暗电流噪声去除处理；

步骤5：利用六通道宽带光谱成像系统对区域A进行数据采集，得到区域A的六通道数字响应值D(A)；

步骤6：利用步骤2中获得的成像系统的暗电流噪声D_dark，对步骤5中得到的区域A的六通道数字响应值D(A)进行暗电流噪声校正，即用D(A)的两幅三通道数字图像分别直接减去暗电流噪声D_dark三通道数字图像；

步骤7：对暗电流噪声校正后的区域A的六通道数字响应值D(A)进行线性化校正；

步骤8：利用步骤4中对区域A光照不均匀性的标定结果，对暗电流噪声校正后的区域A的六通道数字响应值D(A)进行光照不均匀性校正；

步骤9：针对步骤3中在区域A内选定的M个颜色测量点，提取区域A内M个颜色测量点的六通道数字响应值D(M)，利用非接触式光谱测量系统对M个测量点进行光谱测量，获得M个测量点的光谱数据集P(M)；

步骤10：针对步骤9中获得M个测量点的六通道数字响应值D(M)和光谱数据集P(M)，采用伪逆或主成分分析光谱重建方法计算六通道数字响应值D(M)与光谱数据集P(M)转换矩阵Q；求出转换矩阵Q之后，进行光谱反射率的重建；

步骤11：结合光谱反射率值非负(>0)强制约束策略，利用转换矩阵Q对六通道数字响应值D(A)进行光谱重建，获得区域A的光谱图像P(A)，完成平面式文物区域A光谱图像的获取工作。

作为优选，步骤2的具体实现过程是：暗电流水平标定在光谱图像获取环境下打开光源的条件下进行，通过盖上数码相机镜头盖拍摄，获得成像系统的暗电流噪声D_dark；各通道光电响应特性通过标准白板、光谱辐射度计配合进行，利用数码相机拍摄获得白板在从小到大连续变化曝光时间下的数字响应值，然后利用光谱辐射度计测量在对应时间下的光通量，建立数码相机光通量与数字响应值之间的光电响应特性关系，标定过程做暗电流噪声去除处理。

作为优选，步骤7的具体实现包括以下子步骤：

步骤7.1：利用步骤2中标定的数码相机光通量与数字响应值之间的光电响应特性关系，建立数码相机在不同光通量条件下真实数字响应值与理想线性响应值之间的映射关系，即建立数码相机各通道数字响应值的线性化校正查找表，分别记为R-LUT、G-LUT、B-LUT；

步骤7.2：利用最小二乘拟合方法对R-LUT、G-LUT、B-LUT利用GOG模型进行拟合，建立成像系统各个通道的GOG模型，以方便对D(A)进行快速线性化校正；其中GOG模型为：

$D_{L,i}={({\mathrm{\α}}_i{D}_i+{\mathrm{\β}}_i)}^{{\mathrm{\γ}}_i}$    (式一)

其中，α_i、β_i和γ_i分别是成像系统第i个通道的增益、偏移和反差值，D_i是成像系统第i个通道的原始响应值的归一化值，D_L,i是成像系统第i个通道线性化之后的归一化响应值；

步骤7.3：完成成像系统各个通道的GOG模型建立之后，对D(A)进行线性化校正。

作为优选，步骤8中所述的光照不均匀性校正方法如式二所示，

$D_{(i,j,k)}^{\′}=D_{(i,j,k)}\×\frac{\mathrm{avg}\left(D_{\mathrm{gray}\left(i\right)}\right)}{D_{\mathrm{gray}(i,j,k)}}$    (式二)；

其中，D_(i,j,k)为经暗电流噪声校正和线性化校正后图像任一通道中任一像素的响应值，mean(D_gray(i))为对应通道均匀中性灰色卡的平均响应值，D_gray(i,j,k)为对应通道均匀中性灰色卡与D_(i,j,k)坐标位置相同像素的响应值，D'_(i,j,k)表示D_(i,j,k)进行光照不均匀性校正之后的响应值。

作为优选，步骤9中所述的非接触式光谱测量系统主要包括光谱辐射度计和光谱仪。

作为优选，步骤10中所述的采用伪逆光谱重建方法计算六通道数字响应值D(M)与光谱数据集P(M)转换矩阵Q，具体实现过程为：首先将步骤3中选定的M个颜色测量点视为训练样本，利用式三求解转换矩阵Q，

Q＝R·PINV(D)   (式三)；

其中，R是训练样本的光谱反射率矩阵，PINV是计算伪逆的函数，D是训练样本的系统响应矩阵；将训练样本的系统响应矩阵D利用式四进行奇异值分解，然后利用式五求逆，其中U和V为正定矩阵，S为由D的奇异值组成的对角阵；

D＝USV^T   (式四)；

PINV(D)＝VS^-1U^T   (式五)；

求解得到转换矩阵Q之后，利用式六重建样本的光谱反射率信息；

r＝Q·d   (式六)。

作为优选，步骤10中所述的采用主成分分析光谱重建方法计算六通道数字响应值D(M)与光谱数据集P(M)转换矩阵Q，具体实现过程为：首先将步骤3中选定的M个颜色测量点视为训练样本，利用式七对包含一组训练样本的光谱反射率进行奇异值分解(SVD)：

R＝U·S·V^T   (式七)；

其中，U为RR^T的特征向量，S为R特征值从大到小排列对角阵，V为R^TR的特征向量，如果R的前p个特征向量的贡献率足够大，则转换矩阵Q就能通过式八获得，

Q＝U_pS_pV^T·D^T(DD^T)^-1   (式八)；

其中，U_pS_pV^T为包含p个主成分的光谱反射率矩阵，D^T(DD^T)^-1表示训练样本系统响应值的最小二乘逆；

求解得到转换矩阵Q之后，利用式六重建样本的光谱反射率信息；

r＝Q·d   (式六)。

本发明以文物高保真数字化保护为出发点，通过搭建六通道宽带光谱成像系统并进行特性化标定；选定平面式文物需要进行光谱图像采集的区域，利用均匀灰卡对选定区域进行光照均匀性标定，在选定区域内选定颜色测量点；利用光谱成像系统采集选定区域的数字响应值，对选定区域的数字响应值进行暗电流去噪、线性化校正和光照不均匀性校正，提取选定区域内测量点的六通道数字响应均值；利用非接触式光谱测量设备测量获得测量点的光谱数据，利用光谱重建方法计算选定区域内测量点数字响应值与光谱数据集的转换矩阵；利用转换矩阵对选定区域六通道数字响应值进行光谱重建，通过光谱反射率值非负强制约束策略，最终获得选定区域的光谱图像。本发明为非接触式光谱图像获取系统，在准确、快速、获得平面式文物光谱图像的同时，不对文物造成任何损伤，在文物数字化保护领域具有较高的适用性，由于本发明技术方案具有重要应用意义，受到多个项目支持：1.国家自然基金项目61275172，2.国家文物局项目(2013-YB-HT-034)，3.国家973基础研究子项目2012CB725302。对本发明技术方案进行保护，将对我国历史文化的保护具有重要意义。

附图说明

图1：为本发明实施例的流程图。

具体实施方式

为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

请见图1，本发明提供的一种平面式文物光谱图像获取方法，可以在准确、快速、获得平面式文物光谱图像的同时，不对文物造成任何损伤，用于平面式文物表面颜色的信息的数字化真实采集记录。实例采用一套由Sinar 75H高分辨率数码相机改造而成六通道宽带光谱图像获取系统，针对敦煌西魏时期代表性洞窟288窟南壁东侧壁画进行光谱图像获取实验进行详细说明。

实例主要包括以下步骤：

步骤1：搭建六通道宽带光谱成像系统；

实施例采用仙娜(Sinar 75H)三通道数码相机配合参照Schott滤光片制作的两个型号为BG7和OG515带通滤光片组成宽带光谱图像获取系统，其中相机电子快门经过物理结构改造，在相机的电子快门前增加了两条用于放置滤光片的卡槽，相机存储图像的位深为16位。

步骤2：对六通道宽带光谱成像系统的暗电流水平进行标定，获得成像系统的暗电流噪声D_dark；对六通道宽带光谱成像系统各通道的光电响应特性进行标定，建立数码相机光通量与数字响应值之间的光电响应特性关系；

暗电流水平标定在光谱图像获取环境下打开光源的条件下进行，通过盖上数码相机镜头盖拍摄，获得成像系统的暗电流噪声D_dark；本例中，系统的R、G、B三个通道平均暗电流噪声分别为990.7、1002.5、1010.0。

各通道光电响应特性标定通过标准白板、光谱辐射度计配合进行，利用数码相机拍摄获得白板在从小到大连续变化曝光时间下的数字响应值，然后利用光谱辐射度计测量在对应时间下的光通量，建立数码相机光通量与数字响应值之间的光电响应特性关系，标定过程做暗电流噪声去除处理。本例中采用PhotoResearch公式生产的标准白板和型号为PR705的光谱辐射度计配合六通道宽带光谱成像系统，完成数码相机光通量与数字响应值之间的光电响应特性关系的标定。

步骤3：针对需要进行光谱图像采集的平面式文物，选定需要获取光谱图像的区域A，A可以是平面式文物幅面内的一部分，也可以是包括平面式文物整体幅面，以实际需求而定，在区域A内选定M个颜色测量点，要求M个测量点能代表文物画面中所有颜色，数量一般不低于20个，但也不宜过多，研究表明一般不超过30即可满足光谱重建需求；

本实施例选取敦煌西魏时期代表性洞窟288窟南壁东侧壁画主佛及右侧菩萨幅面作为光谱图像获取对象A，并根据幅面内颜色的种类和分布选择25个颜色测量点(M＝25)，并通过Canon100D数码相机对选定的获取区域进行了拍照记录，且对选择的25个颜色测量点进行了标注。

步骤4：利用六通道宽带光谱成像系统对区域A的光照不均匀性进行标定，采用均匀灰板以近距离平行不接触方式遮挡住区域A，利用数码相机拍摄记录均匀灰板数字响应值矩阵D_gray，完成对区域A光照不均匀性的标定，标定过程做暗电流噪声去除处理；

本实施例使用大幅面均匀灰板以近距离平行不接触方式遮挡住选定的壁画采集区域A，均匀灰板通过专门制定的支架固定，利用搭建的六通道宽带光谱成像系统拍摄均匀灰板，然后减去步骤2中标定的暗电流噪声，完成采集区域进行光照不均匀性标定。

步骤5：利用六通道宽带光谱成像系统对区域A进行数据采集，得到区域A的六通道数字响应值D(A)；

本实施例利用六通道宽带光谱成像系统，对选定的288窟壁画进行拍照采集，获得壁画的六通道数字响应信号D(A)，此处设定的相机拍摄参数分别为f8、1/30s、ISO100。

步骤6：利用步骤2中获得的成像系统的暗电流噪声D_dark，对步骤5中得到的区域A的六通道数字响应值D(A)进行暗电流噪声校正，即用D(A)的两幅三通道数字图像分别直接减去暗电流噪声D_dark三通道数字图像；

本实施例根据步骤2标定的暗电流水平，对步骤5中得到的壁画六通道数字响应信号D(A)进行暗电流噪声校正，用组成壁画六通道数字响应信号的两幅三通道数字信号分别减去步骤2中标定的暗电流噪声三通道数字图像，完成壁画数字信号暗电流噪声校正。

步骤7：对暗电流噪声校正后的区域A的六通道数字响应值D(A)进行线性化校正；具体实现包括以下子步骤：

步骤7.1：利用步骤2中标定的数码相机光通量与数字响应值之间的光电响应特性关系，建立数码相机在不同光通量条件下真实数字响应值与理想线性响应值之间的映射关系，即建立数码相机各通道数字响应值的线性化校正查找表，分别记为R-LUT、G-LUT、B-LUT；

步骤7.2：利用最小二乘拟合方法对R-LUT、G-LUT、B-LUT利用GOG模型进行拟合，建立成像系统各个通道的GOG模型，以方便对D(A)进行快速线性化校正；其中GOG模型为：

$D_{L,i}={({\mathrm{\α}}_i{D}_i+{\mathrm{\β}}_i)}^{{\mathrm{\γ}}_i}$    (式一)

其中，α_i、β_i和γ_i分别是成像系统第i个通道的增益、偏移和反差值，D_i是成像系统第i个通道的原始响应值的归一化值，D_L,i是成像系统第i个通道线性化之后的归一化响应值；

本实施例中成像系统三个通道GOG模型的增益、偏移和反差分别为R通道0.8296、0.1511、2.8908，G通道0.7956、0.1778、3.1559，B通道0.7928、0.1792、3.1604。

步骤7.3：完成成像系统各个通道的GOG模型建立之后，对D(A)进行线性化校正。

步骤8：利用步骤4中对区域A光照不均匀性的标定结果，对暗电流噪声校正后的区域A的六通道数字响应值D(A)进行光照不均匀性校正；光照不均匀性校正方法如式二所示，

$D_{(i,j,k)}^{\′}=D_{(i,j,k)}\×\frac{\mathrm{avg}\left(D_{\mathrm{gray}\left(i\right)}\right)}{D_{\mathrm{gray}(i,j,k)}}$    (式二)；

其中，D_(i,j,k)为经暗电流噪声校正和线性化校正后图像任一通道中任一像素的响应值，mean(D_gray(i))为对应通道均匀中性灰色卡的平均响应值，D_gray(i,j,k)为对应通道均匀中性灰色卡与D_(i,j,k)坐标位置相同像素的响应值，D'_(i,j,k)表示D_(i,j,k)进行光照不均匀性校正之后的响应值。

步骤9：针对步骤3中在区域A内选定的M个颜色测量点，提取区域A内M个颜色测量点的六通道数字响应值D(M)，利用非接触式光谱测量系统对M个测量点进行光谱测量，获得M个测量点的光谱数据集P(M)；非接触式光谱测量系统主要包括光谱辐射度计和光谱仪。

本实施例采用PhotoResearch公司生产的PR705光谱辐射度计配合标准白板完成25个点的光谱数据测量工作。

步骤10：针对步骤9中获得M个测量点的六通道数字响应值D(M)和光谱数据集P(M)，采用伪逆或主成分分析光谱重建方法计算六通道数字响应值D(M)与光谱数据集P(M)转换矩阵Q；求出转换矩阵Q之后，进行光谱反射率的重建；

针对步骤9获得的25个颜色测量点的六通道数字响应信号D(M)和采用非接触式光谱测量系统测量获得的光谱数据P(M)，利用式(3)或式(4)～式(5)计算求解光谱重建转换矩阵，

Q＝R·PINV(D)   (3)；

R＝U·S·V^T   (4)；

Q＝U_pS_pV^T·D^T(DD^T)^-1   (5)；

其中，式(3)中R是训练样本的光谱反射率矩阵，PINV是计算伪逆的函数，D是训练样本的系统响应矩阵；式(4)中U为RR^T的特征向量，S为R特征值从大到小排列对角阵、V为R_TR的特征向量；式(5)中U_pS_pV^T为包含p个主成分的光谱反射率矩阵，D^T(DD^T)^-1表示训练样本系统响应值的最小二乘逆；本例中P(M)对用公式中R，D(M)对应公式中D。

步骤11：结合光谱反射率值非负(>0)强制约束策略，利用转换矩阵Q对六通道数字响应值D(A)进行光谱重建，获得区域A的光谱图像P(A)，完成平面式文物区域A光谱图像的获取工作。

根据步骤10中求解的得到的光谱重建转换矩阵Q，结合重建光谱反射率非负(>0)强制约束测量，对壁画六通道数字响应信号值D(A)按式(6)进行光谱重建，

r＝Q·d   (6)；

获得壁画采集区域内的光谱图像P(A)，完成288窟南壁东侧壁画的光谱图像获取工作，经后续重加光谱误差和重建色差检验知，重建光谱图像的平均光谱误差和平均CIE2000色差分别为2.73％和2.1，重建结果较好。

本发明提出的平面式文物光谱图像获取方法采用的为六通道宽带光谱成像系统，但不局限于六通道，研究者可通过自行添加滤光片的数量提高通道数，但均是对本发明精神的拓展。

应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。

应当理解的是，上述针对较佳实施例的描述较为详细，并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围情况下，还可以做出替换或变形，均落入本发明的保护范围之内，本发明的请求保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种平面式文物光谱图像获取方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：搭建六通道宽带光谱成像系统，六通道宽带光谱成像系统由高分辨率RGB数码相机与两片宽带滤光片组成，其中数码相机存储图像的位深B≥12bit；

步骤2：对六通道宽带光谱成像系统的暗电流水平进行标定，获得成像系统的暗电流噪声D_dark；对六通道宽带光谱成像系统各通道的光电响应特性进行标定，建立数码相机光通量与数字响应值之间的光电响应特性关系；

步骤3：针对需要进行光谱图像采集的平面式文物，选定需要获取光谱图像的区域A，在区域A内选定M个颜色测量点，要求M个测量点能代表文物画面中所有颜色，且20≤M≤30；

步骤4：利用六通道宽带光谱成像系统对区域A内的光照不均匀性进行标定，采用均匀灰板以近距离平行不接触方式遮挡住区域A，利用数码相机拍摄记录均匀灰板数字响应值矩阵D_gray，完成对区域A光照不均匀性的标定，标定过程做暗电流噪声去除处理；

步骤5：利用六通道宽带光谱成像系统对区域A进行数据采集，得到区域A的六通道数字响应值D(A)；

步骤6：利用步骤2中获得的成像系统的暗电流噪声D_dark，对步骤5中得到的区域A的六通道数字响应值D(A)进行暗电流噪声校正，即用D(A)的两幅三通道数字图像分别直接减去暗电流噪声D_dark三通道数字图像；

步骤7：对暗电流噪声校正后的区域A的六通道数字响应值D(A)进行线性化校正；

步骤8：利用步骤4中对区域A光照不均匀性的标定结果，对暗电流噪声校正后区域A的六通道数字响应值D(A)进行光照不均匀性校正；

步骤9：针对步骤3中在区域A内选定的M个颜色测量点，提取区域A内M个颜色测量点的六通道数字响应值D(M)，利用非接触式光谱测量系统对M个测量点进行光谱测量，获得M个测量点的光谱数据集P(M)；

步骤10：针对步骤9中获得M个测量点的六通道数字响应值D(M)和光谱数据集P(M)，采用伪逆或主成分分析光谱重建方法计算六通道数字响应值D(M)与光谱数据集P(M)转换矩阵Q；求出转换矩阵Q之后，进行光谱反射率的重建；

步骤11：结合光谱反射率值非负(>0)强制约束策略，利用转换矩阵Q对六通道数字响应值D(A)进行光谱重建，获得区域A的光谱图像P(A)，完成平面式文物区域A光谱图像的获取工作。

2.根据权利要求1所述的平面式文物光谱谱像获取方法，其特征在于，步骤2的具体实现过程是：暗电流水平标定在光谱图像获取环境下打开光源的条件下进行，通过盖上数码相机镜头盖拍摄，获得成像系统的暗电流噪声D_dark；各通道光电响应特性通过标准白板、光谱辐射度计配合进行，利用数码相机拍摄获得白板在从小到大连续变化曝光时间下的数字响应值，然后利用光谱辐射度计测量在对应时间下的光通量，建立数码相机光通量与数字响应值之间的光电响应特性关系，标定过程做暗电流噪声去除处理。

3.根据权利要求1所述的平面式文物光谱图像获取方法，其特征在于，步骤7的具体实现包括以下子步骤：

步骤7.1：利用步骤2中标定的数码相机光通量与数字响应值之间的光电响应特性关系，建立数码相机在不同光通量条件下真实数字响应值与理想线性响应值之间的映射关系，即建立数码相机各通道数字响应值的线性化校正查找表，分别记为R-LUT、G-LUT、B-LUT；

步骤7.2：利用最小二乘拟合方法对R-LUT、G-LUT、B-LUT利用GOG模型进行拟合，建立成像系统各个通道的GOG模型，以方便对D(A)进行快速线性化校正；其中GOG模型为：

$D_{L,i}={({\mathrm{\α}}_i{D}_i+{\mathrm{\β}}_i)}^{{\mathrm{\γ}}_i}$  (式一)

其中，α_i、β_i和γ_i分别是成像系统第i个通道的增益、偏移和反差值，D_i是成像系统第i个通道的原始响应值的归一化值，D_L,i是成像系统第i个通道线性化之后的归一化响应值；

步骤7.3：完成成像系统各个通道的GOG模型建立之后，对D(A)进行线性化校正。

4.根据权利要求1所述的平面式文物光谱谱像获取方法，其特征在于，步骤8中所述的光照不均匀性校正方法如式二所示，

${D^{\′}}_{(i,j,k)}=D_{(i,j,k)}\×\frac{\mathrm{avg}\left(D_{\mathrm{gray}\left(i\right)}\right)}{D_{\mathrm{gray}(i,j,k)}}$  (式二)；

其中，D_(i,j,k)为经暗电流噪声校正和线性化校正后图像任一通道中任一像素的响应值，mean(D_gray(i))为对应通道均匀中性灰色卡的平均响应值，D_gray(i,j,k)为对应通道均匀中性灰色卡与D_(i,j,k)坐标位置相同像素的响应值，D'_(i,j,k)表示D_(i,j,k)进行光照不均匀性校正之后的响应值。

5.根据权利要求1所述的平面式文物光谱图像获取方法，其特征在于，步骤9中所述的非接触式光谱测量系统主要包括光谱辐射度计和光谱仪。

6.根据权利要求1所述的平面式文物光谱图像获取方法，其特征在于：步骤10中所述的采用伪逆光谱重建方法计算六通道数字响应值D(M)与光谱数据集P(M)转换矩阵Q，具体实现过程为：首先将步骤3中选定的M个颜色测量点视为训练样本，利用式三求解转换矩阵Q，

Q＝R·PINV(D) (式三)；

其中，R是训练样本的光谱反射率矩阵，PINV是计算伪逆的函数，D是训练样本的系统响应矩阵；将训练样本的系统响应矩阵D利用式四进行奇异值分解，然后利用式五求逆，其中U和V为正定矩阵，S为由D的奇异值组成的对角阵；

D＝USV^T (式四)；

PINV(D)＝VS^-1U^T (式五)；

求解得到转换矩阵Q之后，利用式六重建样本的光谱反射率信息；

r＝Q·d (式六)。

7.根据权利要求1所述的平面式文物光谱图像获取方法，其特征在于：步骤10中所述的采用主成分分析光谱重建方法计算六通道数字响应值D(M)与光谱数据集P(M)转换矩阵Q，具体实现过程为：首先将步骤3中选定的M个颜色测量点视为训练样本，利用式七对包含一组训练样本的光谱反射率进行奇异值分解(SVD)：

R＝U·S·V^T (式七)；

其中，U为RR^T的特征向量，S为R特征值从大到小排列对角阵，V为R^TR的特征向量，如果R的前p个特征向量的贡献率足够大，则转换矩阵Q就能通过式八获得，

Q＝U_pS_pV^T·D^T(DD^T)^-1 (式八)；

其中，U_pS_pV^T为包含p个主成分的光谱反射率矩阵，D^T(DD^T)^-1表示训练样本系统响应值的最小二乘逆；

求解得到转换矩阵Q之后，利用式六重建样本的光谱反射率信息；

r＝Q·d (式六)。