CN105049841A - 利用单通道预滤光片提高彩色相机显色能力的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用单通道预滤光片提高彩色相机显色能力的方法，通过优化设计单通道预滤光片的光谱透过率，使得彩色相机总光谱响应曲线最大限度接近标准观察者光谱三刺激值曲线。通过分析单通道预滤光片模拟准确度的影响因素，选用分光光度计测量光学透镜的实际光谱透过率；选用CCD相对光谱响应高精度测试系统测量带有Bayer滤光片的彩色CCD的实际相对光谱响应；选用最小二乘法作为评价函数，对单通道预滤光片光谱透过率曲线进行仿真拟合；选用多个滤光片串联组合方式，参考滤光片膜系设计确定滤光片最佳组合，得到单通道预滤光片实际光谱透过率曲线。

Description

利用单通道预滤光片提高彩色相机显色能力的方法

技术领域

本发明涉及视觉光学与色度校正领域，具体是一种利用单通道预滤光片提高彩色相机显色能力的方法。

背景技术

彩色相机通过彩色CCD上的Bayer滤光片实现RGB信号的获取，其获得的彩色图像的显色能力取决于彩色相机总光谱响应曲线与标准观察者光谱三刺激值曲线的接近程度。精确控制Bayer滤光片的光谱透过率是困难的事情，综合考虑CCD光谱响应则会有更大的技术难度。

传统的彩色相机总光谱响应曲线与标准观察者光谱三刺激值曲线相差较大，它一般通过在特定光源、特定工作状态下拍摄标准色表，经后期算法处理实现色度空间标定。但是由于色表的辐射光谱随光源光谱变化而变化，且色表的色块个数不可能覆盖自然界中的各种颜色，于是彩色相机只适用于特定光源环境、特定颜色的的色彩再现，在其它环境条件下拍摄图像容易出现颜色失真。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用单通道预滤光片提高彩色相机显色能力的方法，以解决现有技术彩色相机拍摄图像与原始图像显色色差较大的问题。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

利用单通道预滤光片提高彩色相机显色能力的方法，所述彩色相机包括带有Bayer滤光片的彩色CCD，以及设置在彩色CCD接收光路上的光学透镜，其特征在于：在彩色CCD与光学透镜之间加设单通道预滤光片，单通道预滤光片用于修正彩色相机总光谱响应曲线，使彩色相机接近标准观察者光谱三刺激值曲线。

所述的利用单通道预滤光片提高彩色相机显色能力的方法，其特征在于：选用最小二乘法作为评价函数，以误差平方和最小为原则，对单通道预滤光片理论光谱透过率曲线进行仿真拟合，评价函数如下：

S_{camera_R}(λ)＝k_{X_R}·t(λ)·S_R(λ)·t_lens(λ)+k_{X_B}·t(λ)·S_B(λ)·t_lens(λ)

S_{camera_G}(λ)＝k_Y·t(λ)·S_G(λ)·t_lens(λ)

S_{camera_B}(λ)＝k_Z·t(λ)·S_B(λ)·t_lens(λ)

其中，为标准观察者光谱三刺激值，t(λ)为单通道预滤光片光谱透过率，S_R(λ),S_G(λ),S_B(λ)为带有Bayer滤光片的彩色CCD相对光谱响应，t_lens(λ)为光学透镜光谱透过率，k_{X_R},k_{X_B},k_Y,k_Z为比例系数，S_{camera_R}(λ),S_{camera_G}(λ),S_{camera_B}(λ)为彩色相机总光谱响应。

所述的利用单通道预滤光片提高彩色相机显色能力的方法，其特征在于：选用分光光度计测量光学透镜的实际光谱透过率t_lens(λ)。

所述的利用单通道预滤光片提高彩色相机显色能力的方法，其特征在于：选用CCD相对光谱响应高精度测试系统测量带有Bayer滤光片的彩色CCD的实际相对光谱响应S_R(λ),S_G(λ),S_B(λ)。

所述的利用单通道预滤光片提高彩色相机显色能力的方法，其特征在于：选用多个滤光片串联组合方式，结合滤光片膜系设计，进行单通道预滤光片实际光谱曲线匹配，得到单通道预滤光片的最佳滤光片组合方式。

本发明基于彩色相机研制过程中成本、显色效果等因素的考虑，提出了增加单通道预滤光片修正彩色相机总光谱响应曲线的方法，该方法可以降低彩色相机的显色误差，获得更加真实的彩色图像。

本发明与现有的技术相比的有益效果包括：

1、本发明提出的预滤光片校正方法，能够修正彩色相机总光谱响应曲线，使其接近标准观察者光谱三刺激值曲线，提高彩色相机的显色效果；

2、本发明提出的单通道校正方法，同时对相机三色通道进行校正，能够降低彩色相机的生产成本。

附图说明

图1为本发明所描述的单通道预滤光片彩色相机系统示意图。

图2为本发明所描述的单通道预滤光片优化设计流程示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明所描述的单通道预滤光片彩色相机，包括光学透镜1、单通道预滤光片2、带有Bayer滤光片的彩色CCD3。光源照射被测物体，经物体反射或透射后，被彩色相机接收，光线依次经过光学透镜1、单通道预滤光片2、带有Bayer滤光片的彩色CCD3，经色空间矩阵转换，最终得到彩色图像。单通道预滤光片用于修正彩色相机总光谱响应曲线，使其接近标准观察者光谱三刺激值曲线。

如图2所示，本发明所描述的一种利用单通道预滤光片提高彩色相机显色能力的方法，包括如下步骤：

1、选用分光光度计，测量光学透镜的实际光谱透过率；

2、选用CCD相对光谱响应高精度测试系统，测量带有Bayer滤光片的彩色CCD的实际相对光谱响应；

3、选用最小二乘法作为评价函数，以误差平方和最小为原则，对彩色相机总光谱响应曲线进行仿真拟合，得到预滤光片理论设计曲线；

S_{camera_R}(λ)＝k_{X_R}·t(λ)·S_R(λ)·t_lens(λ)+k_{X_B}·t(λ)·S_B(λ)·t_lens(λ)

S_{camera_G}(λ)＝k_Y·t(λ)·S_G(λ)·t_lens(λ)

S_{camera_B}(λ)＝k_Z·t(λ)·S_B(λ)·t_lens(λ)

其中，为标准观察者光谱三刺激值，t(λ)为单通道预滤光片光谱透过率，S_R(λ),S_G(λ),S_B(λ)为带有Bayer滤光片的彩色CCD相对光谱响应，t_lens(λ)为光学透镜光谱透过率，k_{X_R},k_{X_B},k_Y,k_Z为比例系数，S_{camera_R}(λ),S_{camera_G}(λ),S_{camera_B}(λ)为彩色相机总光谱响应；

4、选用多个滤光片串联组合方式，结合滤光片膜系设计，进行预滤光片实际光谱曲线匹配，得到最佳滤光片组合方式。

Claims (5)

1.利用单通道预滤光片提高彩色相机显色能力的方法，所述彩色相机包括带有Bayer滤光片的彩色CCD，以及设置在彩色CCD接收光路上的光学透镜，其特征在于：在彩色CCD与光学透镜之间加设单通道预滤光片，单通道预滤光片用于修正彩色相机总光谱响应曲线，使彩色相机接近标准观察者光谱三刺激值曲线。

2.根据权利要求1所述的利用单通道预滤光片提高彩色相机显色能力的方法，其特征在于：选用最小二乘法作为评价函数，以误差平方和最小为原则，对单通道预滤光片理论光谱透过率曲线进行仿真拟合，评价函数如下：

$f\left(\mathrm{\λ}\right)={\left(\stackrel{\‾}{x}\right(\mathrm{\λ})-S_{camera\_R}(\mathrm{\λ}\left)\right)}^2+{\left(\stackrel{\‾}{y}\right(\mathrm{\λ})-S_{camera\_G}(\mathrm{\λ}\left)\right)}^2+{\left(\stackrel{\‾}{z}\right(\mathrm{\λ})-S_{camera\_B}(\mathrm{\λ}\left)\right)}^2$

S_{camera_R}(λ)=k_{X_R}·t(λ)·S_R(λ)·t_lens(λ)+k_{X_B}·t(λ)·S_B(λ)·t_lens(λ)

S_{camera_G}(λ)=k_Y·t(λ)·S_G(λ)·t_lens(λ)

S_{camera_B}(λ)=k_Z·t(λ)·S_B(λ)·t_lens(λ)

其中，为标准观察者光谱三刺激值，t(λ)为单通道预滤光片光谱透过率，S_R(λ),S_G(λ),S_B(λ)为带有Bayer滤光片的彩色CCD相对光谱响应，t_lens(λ)为光学透镜光谱透过率，k_{X_R},k_{X_B},k_Y,k_Z为比例系数，S_{camera_R}(λ),S_{camera_G}(λ),S_{camera_B}(λ)为彩色相机总光谱响应。

3.根据权利要求2所述的利用单通道预滤光片提高彩色相机显色能力的方法，其特征在于：选用分光光度计测量光学透镜的实际光谱透过率t_lens(λ)。

4.根据权利要求2所述的利用单通道预滤光片提高彩色相机显色能力的方法，其特征在于：选用CCD相对光谱响应高精度测试系统测量带有Bayer滤光片的彩色CCD的实际相对光谱响应S_R(λ),S_G(λ),S_B(λ)。

5.根据权利要求1所述的利用单通道预滤光片提高彩色相机显色能力的方法，其特征在于：选用多个滤光片串联组合方式，结合滤光片膜系设计，进行单通道预滤光片实际光谱曲线匹配，得到单通道预滤光片的最佳滤光片组合方式。