CN106841055A - 一种重构艺术绘画光谱图像的训练样本选择方法 - Google Patents

一种重构艺术绘画光谱图像的训练样本选择方法 Download PDF

Info

Publication number
CN106841055A
CN106841055A CN201710173670.7A CN201710173670A CN106841055A CN 106841055 A CN106841055 A CN 106841055A CN 201710173670 A CN201710173670 A CN 201710173670A CN 106841055 A CN106841055 A CN 106841055A
Authority
CN
China
Prior art keywords
training sample
spectral
graph paper
multispectral image
radiometer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201710173670.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106841055B (zh
Inventor
徐海松
徐鹏
叶正男
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Zhejiang University ZJU
Original Assignee
Zhejiang University ZJU
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Zhejiang University ZJU filed Critical Zhejiang University ZJU
Priority to CN201710173670.7A priority Critical patent/CN106841055B/zh
Publication of CN106841055A publication Critical patent/CN106841055A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106841055B publication Critical patent/CN106841055B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/27—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands using photo-electric detection ; circuits for computing concentration

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Spectrometry And Color Measurement (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Abstract

本发明公开了一种重构艺术绘画光谱图像的训练样本选择方法。首先拍摄绘画多光谱图像，将坐标纸紧贴于绘画表面，拍摄其多光谱图像。根据绘画的多通道响应值将多光谱图像划分成若干类，每一类中选择一个训练样本。在坐标纸上标记出训练样本。利用光谱辐射计间接测量训练样本的光谱反射比，用相机从光谱辐射计目镜拍摄其圆形测量区域的坐标纸图像，利用圆形Hough变换提取光谱辐射计测量区域的圆心和半径，确定光谱辐射计测量区域在绘画多光谱图像上的对应区域，取该区域内所有像素多通道响应值的平均值作为训练样本的多通道响应值。该方法从画作自身提取训练样本，减小了训练样本与绘画材质不一致对光谱重构的影响，提高了艺术绘画的光谱图像重构精度。

Description

一种重构艺术绘画光谱图像的训练样本选择方法
技术领域
本发明涉及成像式获取艺术绘画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艺术绘画的反射光谱信息以进一步获取其色度信息的方法。
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的本源信息，而物体的光谱反射比是设备无关且与捕获光源无关的物理量，可以表征物体的本源信息。因此，准确重构出艺术绘画的光谱反射比可以实现其高精度的数字化保存，且可以忠实复现其在任意光源下的颜色外貌。
现有的光谱重构算法多是基于训练样本的，即利用训练样本建立相机响应值与光谱反射比之间的转换关系。但研究发现，当训练样本与目标对象的材质不一致时，光谱重构效果会严重劣化，且对于珍贵的艺术绘画其材质可能是不可知的，因此用常规的商用色卡做训练样本势必会导致光谱重构精度的下降。
发明内容
为了降低训练样本与艺术绘画材质不一致引起的光谱重构精度劣化，本发明提出了一种重构艺术绘画光谱图像的训练样本选择方法。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种重构艺术绘画光谱图像的训练样本选择方法，包括以下步骤：
(1)用多光谱相机拍摄绘画的多光谱图像Ip，保持多光谱相机位置不变，将坐标纸紧贴于绘画表面，拍摄坐标纸的多光谱图像Ic。
(2)利用k-means聚类算法对绘画的多通道响应值聚类，将绘画的多光谱图像聚成若干类，在每一类中选择与类内其它样本最接近的样本作为一个训练样本。
(3)将训练样本在绘画多光谱图像上的位置映射到坐标纸多光谱图像上，根据训练样本在坐标纸多光谱图像上的位置，在坐标纸上标记出训练样本。
(4)用光谱辐射计对准一个训练样本在坐标纸上的位置，保持光谱辐射计位置不变，将坐标纸一端固定，另一端掀起至露出画作上训练样本的位置，用光谱辐射计测量该位置的光谱辐亮度st，放下坐标纸；然后，从光谱辐射计目镜用相机拍摄其圆形测量区域在坐标纸上的图像It，将已知光谱反射比rr的参考白板放在坐标纸上光谱辐射计测量位置，测量参考白板在该位置的光谱辐亮度sr，则该位置的训练样本的光谱反射比rt＝st·*rr·/sr,‘·*’表示两向量对应元素相乘，‘·/’表示两向量对应元素相除。用相同方法测量并计算出所有样本的光谱反射比。
(5)利用圆形Hough变换在图像It上提取光谱辐射计测量区域的圆心和半径，并映射到坐标纸多光谱图像Ic上，再进一步映射到绘画多光谱图像Ip上，由此计算多光谱图像Ip上对应光谱辐射计测量区域内所有像素的多通道响应值的平均值，并作为训练样本的多通道响应值。
(6)利用所有训练样本的光谱反射比及多通道响应值，建立多通道响应值到光谱反射比的转换关系，从而计算出绘画多光谱图像Ip上每一个像素的光谱反射比，由此重构出绘画的光谱图像。
本发明的有益效果是：本发明通过直接在艺术绘画自身提取训练样本，减小了训练样本与艺术绘画材质不一致对光谱重构的负面影响，提高了艺术绘画光谱重构的精度，且整个操作过程未直接接触艺术绘画，避免了对艺术绘画的可能污损。
附图说明
图1是选择出的油画中25个训练样本的光谱反射比。
具体实施方式
以一幅油画和一台滤色片轮式的多光谱相机为例，阐述重构艺术绘画光谱图像的训练样本选择方法。该多光谱相机由8个干涉滤色片形成8个通道，8个滤色片的FWHM(峰值半高宽，Full Width of Half Maximum)均为20nm，其峰值透过率波长分别为420nm、460nm、500nm、540nm、580nm、620nm、660nm、700nm。光谱辐射计采用Konica Minolta公司的CS-2000，测量孔径采用0.2°。
本实施例重构油画光谱图像的训练样本选择方法，具体包括以下步骤：
(1)用多光谱相机拍摄油画的多光谱图像Ip，保持多光谱相机位置不变，将坐标纸紧贴于油画表面，拍摄坐标纸的多光谱图像Ic。
(2)用k-means聚类算法对油画的多通道响应值聚类，将油画的多光谱图像聚成25类，并在每一类中选择与类内其它样本最接近的样本作为一个训练样本，故共得到25个训练样本。本实施例以25类为例，但不局限于此。
(3)将训练样本在油画多光谱图像上的位置映射到坐标纸多光谱图像上，根据训练样本在坐标纸多光谱图像上的位置，在坐标纸上用笔标记出25个训练样本。
(4)用光谱辐射计对准一个训练样本在坐标纸上的位置，保持光谱辐射计位置不变，将坐标纸一端固定，另一端掀起至露出画作上训练样本的位置，用光谱辐射计测量该位置的光谱辐亮度st，放下坐标纸，然后，从光谱辐射计目镜用相机拍摄其圆形测量区域在坐标纸上的图像It，将已知光谱反射比rr的参考白板放在坐标纸上光谱辐射计测量位置，测量参考白板在该位置的光谱辐亮度sr，则该位置的训练样本的光谱反射比rt＝st·*rr·/sr,‘·*’表示两向量对应元素相乘，‘·/’表示两向量对应元素相除。用相同方法测量并计算出所有25个样本的光谱反射比，结果如图1所示。
(5)利用圆形Hough变换在图像It上提取光谱辐射计测量区域的圆心和半径，然后映射到坐标纸多光谱图像Ic上，并进一步映射到油画多光谱图像Ip上，再计算多光谱图像Ip上对应光谱辐射计测量区域内所有像素的多通道响应值的平均值，并作为训练样本的多通道响应值。
(6)利用25个训练样本的光谱反射比及多通道响应值，建立多通道响应值到光谱反射比的转换关系，由此计算出油画多光谱图像Ip上每一个像素的光谱反射比，从而重构出油画的光谱图像。
(7)在画作上另外测量了20个样本点用于检验光谱重构精度，同时用商用色卡X-Rite Digital ColorChecker SG(DSG)chart作为训练样本进行光谱重构，以与所选择的25个样本获得的光谱重构精度进行对比。经计算，基于所选择的25个训练样本进行光谱重构而获得20个检验样本光谱反射比的平均色差达到了1.46ΔE00(CIEDE2000色差单位)，显著优于用DSG色卡做训练样本所重构的20个检验样本光谱反射比的平均色差2.42ΔE00，证明了采用本方法选择训练样本的可行性和有效性。

Claims (1)

1.一种重构艺术绘画光谱图像的训练样本选择方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)用多光谱相机拍摄绘画的多光谱图像Ip，保持多光谱相机位置不变，将坐标纸紧贴于绘画表面，拍摄坐标纸的多光谱图像Ic。
(2)利用k-means聚类算法对绘画的多通道响应值聚类，将绘画的多光谱图像聚成若干类，在每一类中选择与类内其它样本最接近的样本作为一个训练样本。
(3)将训练样本在绘画多光谱图像上的位置映射到坐标纸多光谱图像上，根据训练样本在坐标纸多光谱图像上的位置，在坐标纸上标记出训练样本。
(4)用光谱辐射计对准一个训练样本在坐标纸上的位置，保持光谱辐射计位置不变，将坐标纸一端固定，另一端掀起至露出画作上训练样本的位置，用光谱辐射计测量该位置的光谱辐亮度st，放下坐标纸；然后，从光谱辐射计目镜用相机拍摄其圆形测量区域在坐标纸上的图像It，将已知光谱反射比rr的参考白板放在坐标纸上光谱辐射计测量位置，测量参考白板在该位置的光谱辐亮度sr，则该位置的训练样本的光谱反射比rt＝st·*rr·/sr,‘·*’表示两向量对应元素相乘，‘·/’表示两向量对应元素相除。用该方法测量并计算出所有样本的光谱反射比。
(5)利用圆形Hough变换在图像It上提取光谱辐射计测量区域的圆心和半径，并映射到坐标纸多光谱图像Ic上，再进一步映射到绘画多光谱图像Ip上，由此计算多光谱图像Ip上对应光谱辐射计测量区域内所有像素的多通道响应值的平均值，并作为训练样本的多通道响应值。
(6)利用所有训练样本的光谱反射比及多通道响应值，建立多通道响应值到光谱反射比的转换关系，从而计算出绘画多光谱图像Ip上每一个像素的光谱反射比，由此重构出绘画的光谱图像。
CN201710173670.7A 2017-03-22 2017-03-22 一种重构艺术绘画光谱图像的训练样本选择方法 Expired - Fee Related CN106841055B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710173670.7A CN106841055B (zh) 2017-03-22 2017-03-22 一种重构艺术绘画光谱图像的训练样本选择方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710173670.7A CN106841055B (zh) 2017-03-22 2017-03-22 一种重构艺术绘画光谱图像的训练样本选择方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106841055A true CN106841055A (zh) 2017-06-13
CN106841055B CN106841055B (zh) 2019-06-14

Family

ID=59129461

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710173670.7A Expired - Fee Related CN106841055B (zh) 2017-03-22 2017-03-22 一种重构艺术绘画光谱图像的训练样本选择方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106841055B (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109738067A (zh) * 2018-12-25 2019-05-10 浙江农林大学暨阳学院 一种估计窄带多光谱相机合成光谱灵敏度的方法
CN109839189A (zh) * 2018-12-27 2019-06-04 浙江农林大学暨阳学院 利用多光谱相机自适应重构光谱反射比的方法
CN110660112A (zh) * 2019-09-29 2020-01-07 浙江大学 一种基于专用色卡和多光谱成像的绘画光谱重构方法
CN110796592A (zh) * 2019-09-29 2020-02-14 浙江大学 一种高动态范围光谱图像数据的存储方法

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4167729A (en) * 1976-06-14 1979-09-11 Environmental Research Institute Of Michigan Apparatus for obtaining multi-spectral signatures
CN101751666A (zh) * 2009-10-16 2010-06-23 西安电子科技大学 基于谱聚类的半监督多光谱遥感图像分割方法
CN102305769A (zh) * 2011-06-09 2012-01-04 天津大学 应用于中国古画修复的多光谱抠图方法
CN103247034A (zh) * 2013-05-08 2013-08-14 中国科学院光电研究院 一种基于稀疏光谱字典的压缩感知高光谱图像重构方法
CN103528968A (zh) * 2013-11-01 2014-01-22 上海理工大学 基于迭代阈值法的反射率光谱重建方法
CN103973980A (zh) * 2014-04-25 2014-08-06 杭州电子科技大学 一种基于数码相机的多光谱图像获取方法
CN104463881A (zh) * 2014-12-12 2015-03-25 西安电子科技大学 一种基于光谱反射率邻域差异图和邻域概率融合的多光谱遥感影像变化检测方法
CN106052877A (zh) * 2016-05-25 2016-10-26 敦煌研究院 壁画绘画材料多光谱图像色彩标准色卡及其制作方法
CN106153192A (zh) * 2016-07-22 2016-11-23 浙江大学 一种利用多光谱相机虚拟响应值获取光谱反射比的方法

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4167729A (en) * 1976-06-14 1979-09-11 Environmental Research Institute Of Michigan Apparatus for obtaining multi-spectral signatures
CN101751666A (zh) * 2009-10-16 2010-06-23 西安电子科技大学 基于谱聚类的半监督多光谱遥感图像分割方法
CN102305769A (zh) * 2011-06-09 2012-01-04 天津大学 应用于中国古画修复的多光谱抠图方法
CN103247034A (zh) * 2013-05-08 2013-08-14 中国科学院光电研究院 一种基于稀疏光谱字典的压缩感知高光谱图像重构方法
CN103528968A (zh) * 2013-11-01 2014-01-22 上海理工大学 基于迭代阈值法的反射率光谱重建方法
CN103973980A (zh) * 2014-04-25 2014-08-06 杭州电子科技大学 一种基于数码相机的多光谱图像获取方法
CN104463881A (zh) * 2014-12-12 2015-03-25 西安电子科技大学 一种基于光谱反射率邻域差异图和邻域概率融合的多光谱遥感影像变化检测方法
CN106052877A (zh) * 2016-05-25 2016-10-26 敦煌研究院 壁画绘画材料多光谱图像色彩标准色卡及其制作方法
CN106153192A (zh) * 2016-07-22 2016-11-23 浙江大学 一种利用多光谱相机虚拟响应值获取光谱反射比的方法

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JINGYU FANG 等: ""Spectral estimation of fluorescent lamps using RGB digitalcamera and standard color chart"", 《OPTIK》 *
PENG XU 等: ""Filter selection based on representative training samples for multispectral imaging"", 《OPTIK》 *
周章洋 等: ""土家织锦典型颜色光谱反射比的采集与色度分析"", 《实验室研究与探索》 *
徐楠 等: ""多光谱成像技术在中国书画保护方面上的应用"", 《昭通师范高等专科学校学报》 *

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109738067A (zh) * 2018-12-25 2019-05-10 浙江农林大学暨阳学院 一种估计窄带多光谱相机合成光谱灵敏度的方法
CN109738067B (zh) * 2018-12-25 2021-01-15 浙江农林大学暨阳学院 一种估计窄带多光谱相机合成光谱灵敏度的方法
CN109839189A (zh) * 2018-12-27 2019-06-04 浙江农林大学暨阳学院 利用多光谱相机自适应重构光谱反射比的方法
CN110660112A (zh) * 2019-09-29 2020-01-07 浙江大学 一种基于专用色卡和多光谱成像的绘画光谱重构方法
CN110796592A (zh) * 2019-09-29 2020-02-14 浙江大学 一种高动态范围光谱图像数据的存储方法
CN110796592B (zh) * 2019-09-29 2021-05-04 浙江大学 一种高动态范围光谱图像数据的存储方法
CN110660112B (zh) * 2019-09-29 2021-09-24 浙江大学 一种基于专用色卡和多光谱成像的绘画光谱重构方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN106841055B (zh) 2019-06-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106841055A (zh) 一种重构艺术绘画光谱图像的训练样本选择方法
US20230083656A1 (en) Methods and apparatus for enhancing color vision and quantifying color interpretation
CN105452825B (zh) 一种用于彩色图像获取的系统和方法
CN111047539A (zh) 一种基于光谱反射率重建的织物图像颜色校准算法
Imai et al. Comparison of spectrally narrow-band capture versus wide-band with a priori sample analysis for spectral reflectance estimation
US20190238741A1 (en) Auxiliary apparatus for a digital imaging device
CN106153193B (zh) 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
CN108520488B (zh) 一种重构光谱并进行复制的方法以及电子设备
CN101933321A (zh) 用于估测场景光源的图像传感器装置及方法
US9270866B2 (en) Apparatus and method for automated self-training of white balance by electronic cameras
CN106153192B (zh) 一种利用多光谱相机虚拟响应值获取光谱反射比的方法
JP2013532290A (ja) 表面の色及び他の特性を測定する方法及び装置
CN110660112A (zh) 一种基于专用色卡和多光谱成像的绘画光谱重构方法
JP2020012668A (ja) 評価装置、計測装置、評価方法および評価プログラム
CN106871782B (zh) 一种计算多光谱图像上光谱辐射计测量区域的方法
CN106908149A (zh) 一种机器人物体颜色识别系统及方法
WO2016065856A1 (zh) 一种基于滤光单元的光辐射测量方法及其装置
EP3993382B1 (en) Colour calibration of an imaging device
CN109738068B (zh) 一种校正多光谱相机响应值非线性的方法
CN103575673A (zh) 可测量色彩情感的分光光度计
Berns et al. A comparison of small-aperture and image-based spectrophotometry of paintings
CN109839189A (zh) 利用多光谱相机自适应重构光谱反射比的方法
WO2006079699A2 (fr) Procede de calibration colorimetrique d’un appareil de capture d’image, appareil ainsi calibre et appication en colorimetrie
FR2821671A1 (fr) Procede d'evaluation de la couleur d'une surface et de l'homogeneite de cette couleur
Klein Multispectral imaging: aberrations and acquisitions from different viewing positions

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20190614

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee