CN107782447A - 成像光谱仪光谱定标中空间维自动识别方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种成像光谱仪光谱定标中空间维自动识别方法，包括以下步骤：计算在[0,Width)空间维中每一帧图像所对应的最大灰度值、灰度值最大值的累加值以及累加值的最大值；比较所述灰度值最大值的累加值与所述累加值的最大值，得到有效空间维的数量，并计算每个所述有效空间维的综合权值，以获得最佳空间维。本发明的成像光谱仪光谱定标中空间维自动识别方法具有能够实现空间维的自动识别、定标准确、重复性好的有益效果。

Description

成像光谱仪光谱定标中空间维自动识别方法及系统

技术领域

本发明涉及光谱定标技术领域，特别涉及一种成像光谱仪光谱定标中空间维自动识别方法及系统。

背景技术

成像光谱仪是谱像合一的新型光学遥感器。成像光谱仪光谱定标就是确定成像光谱仪各光谱通道的中心波长和光谱带宽，成像光谱仪的光谱定标是辐射定标的基础，准确的光谱定标是获得地物正确光谱信息的必要条件。

成像光谱仪的光谱定标方法为波长扫描法，这种方法是通过记录不同波长以及对应波长在某一像元处的DN值，再利用对波长和光斑能量进行高斯拟合，请参阅图3，为成像光谱仪光谱定标中单色仪成像光斑随光谱变化示意图，计算出特定像元处响应值最高的波长为该像元处的中心波长，在对某一像元进行定标时要保证所要记录的光斑测试条件相同，即光源电压不变、积分时间不变等，否则会造成光斑能量突变，导致最终拟合数据不能用、定标结果不准。

图3为成像光谱仪光谱定标过程中，探测器中光斑随光谱变化图像，可以看出随着光谱数值增大，探测器中的光斑逐渐下移。在传统光谱定标算法中，通常通过人工选取某一列的数据，从400nm至1000nm以单色仪输出波长为基准，如图4所示，成像光谱仪光谱定标中空间维与波长关系示意图，对成像光谱仪图像中的纵坐标(波长值)进行标定。人工选取空间维容易受操作者主观意识影响，造成同样数据，每次操作由于选取空间维(即x坐标值)不同，对定标结果产生较大的差异。

发明内容

考虑到上述技术的局限，本发明寻求涉及一种成像光谱仪光谱定标中空间维自动识别方法。

本发明提供的技术方案是，提供一种成像光谱仪光谱定标中空间维自动识别方法，包括：

计算在[0,Width]空间维中每一帧图像所对应的最大灰度值、灰度值最大值的累加值以及累加值的最大值；

比较所述灰度值最大值的累加值与所述累加值的最大值，得到有效空间维的数量，并计算每个所述有效空间维的综合权值，以获得最佳空间维。

一些实施例中，计算在[0,Width)空间维中每一帧图像所对应的最大灰度值、最大灰度值的累加值以及累加值的最大值，包括以下步骤：

光谱定标前，从初始帧到结束帧每一帧图像遍历一次，分别计算第m帧图像中第i个空间维对应的最大灰度值Max[i+m*Width]，并记第i个空间维的行编号为MaxLine[i+m*Width]；

将定标过程中所有帧图像中第i空间维的灰度值最大值进行累加，得到第i空间维中最大灰度值的累加值MaxTmp[i]；

计算[0,Width)空间维中，所述最大灰度值的累加值MaxTmp[i]的最大值，记为maxValue。

一些实施例中，m的取值范围为[0,3000]，代表3001帧图像编号。

一些实施例中，比较所述灰度值最大值的累加值与所述累加值的最大值，得到有效空间维的数量，并计算每个所述有效空间维的综合权值，以获得最佳空间维，包括以下步骤：

在[0,Width)空间维，比较所述最大灰度值的累加值MaxTmp[i]与所述累加值的最大值maxValue；

若MaxTmp[i]>maxValue*2/3，则将该空间维作为有效空间维参与到最佳空间维运算，记num为有效空间维的数量；

计算第m帧图像在所述有效空间维中的光斑中心点，计算第m帧图像在所述有效空间维中，最亮点偏离光斑中心点的距离Dis[m*Width+i]；

计算每个所述有效空间维中的所有帧图像偏离光斑中心点距离的累加和Bias[i]；

在num个有效空间维中，根据MaxTmp[i]、maxValue及Bias[i]计算每个空间维的综合权值；

在所述num个有效空间维中，将取值最大综合权值的空间维定为最佳空间维。

此外，本发明还提供一种成像光谱仪光谱定标中空间维自动识别系统，包括单色仪、单色仪控制模块、数据记录模块、成像光谱仪探测器及光谱定标模块，所述单色仪控制模块控制所述单色仪依次将不同光谱信号连续输送到所述成像光谱仪探测器上，所述数据记录模块接收并记录所述成像光谱仪探测器上的图像信号，光谱定标模块根据所述数据记录模块的图像数据对成像光谱仪进行定标；

所述光谱定标模块计算在[0,Width)空间维中每一帧图像所对应的最大灰度值、第i个空间维所有帧图像灰度值最大值的累加值以及在所有空间维中累加值的最大值。

比较所述灰度值最大值的累加值与所述累加值的最大值，得到有效空间维的数量，并计算每个所述有效空间维的综合权值，以获得最佳空间维。

一些实施例中，成像光谱仪光谱定标中空间维自动识别系统还包括光源，所述光源用于提供光源信号。

一些实施例中，所述图像数据包括当前帧成像图片以及当前帧光谱信息；所述数据记录模块将所述当前帧成像图片及对应的所述当前帧光谱信息进行记录。

一些实施例中，所述光谱定标模块计算在[0,Width)空间维中每一帧图像所对应的最大灰度值、第i个空间维所有帧图像灰度值最大值的累加值以及在所有空间维中累加值的最大值

光谱定标前，从初始帧到结束帧每一帧图像遍历一次，分别计算第m帧图像中第i个空间维对应的最大灰度值Max[i+m*Width]，并记第i个空间维的行编号为MaxLine[i+m*Width]；

将定标过程中所有帧图像中第i空间维的灰度值最大值进行累加，得到第i空间维中最大灰度值的累加值MaxTmp[i]；

计算[0,Width)空间维中，所述最大灰度值的累加值MaxTmp[i]的最大值，记为maxValue。

一些实施例中，所述光谱定标模块比较所述灰度值最大值的累加值与所述累加值的最大值，得到有效空间维的数量，并计算每个所述有效空间维的综合权值，以获得最佳空间维的过程为：

在[0,Width)空间维，比较所述最大灰度值的累加值MaxTmp[i]与所述累加值的最大值maxValue；

若MaxTmp[i]>maxValue*2/3，则将该空间维作为有效空间维参与到最佳空间维运算，记num为有效空间维的数量；

计算第m帧图像在所述有效空间维中的光斑中心点，计算第m帧图像在所述有效空间维中，最亮点偏离光斑中心点的距离Dis[m*Width+i]；

计算每个所述有效空间维中的所有帧图像偏离光斑中心点距离的累加和Bias[i]；

在num个有效空间维中，根据MaxTmp[i]、maxValue及Bias[i]计算每个空间维的综合权值；

在所述num个有效空间维中，将取值最大综合权值的空间维定为最佳空间维。

与现有技术相比，本发明的成像光谱仪光谱定标中空间维自动识别方法具有能够实现空间维的自动识别、定标准确、重复性好的有益效果。

附图说明

图1为本发明成像光谱仪光谱定标中空间维自动识别方法的流程图；

图2为本发明成像光谱仪光谱定标中空间维自动识别系统一个实施例中的原理框图；

图3为成像光谱仪光谱定标中单色仪成像光斑随光谱变化示意图；

图4为成像光谱仪光谱定标中空间维与波长关系示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。

首先参考图1，为本发明成像光谱仪光谱定标中空间维自动识别方法的流程图。本发明成像光谱仪光谱定标中空间维自动识别方法的一个实施例中，包括以下步骤：

首先，计算在[0,Width)空间维中每一帧图像所对应的最大灰度值、灰度值最大值的累加值以及累加值的最大值。

具体地，请参阅图4，为光谱波长与空间维的二维关系示意图，在[0,Width)的空间维组中，第m帧图像扫过第i个空间维，i属于[0,Width)。光谱定标前，从单色仪图像初始帧到结束帧每一帧图像遍历一次，分别计算第m帧图像中第i个空间维对应的灰度值最大值Max[i+m*Width]，此时行编号为MaxLine[i+m*Width]。

将定标过程中所有帧图像中第i空间维最大灰度值的累加，获得最大灰度值的累加值MaxTmp[i]，在本实施例中，计算公式如公式1所示：

计算[0,Width)空间维中，MaxTmp[i]的最大值记为maxValue。

其中：

m取值范围为[0,3000]，代表3001帧图像编号；

i取值范围为[0,Width)，代表空间维编号；

Width代表图像宽度；

Max[i+m*Width]表示第m帧图像，第i个空间维中第一行至最后一行最大灰度值；

MaxLine[i+m*Width]表示第m帧图像，第i个空间维灰度值最大的像素所在的行编号；

MaxTmp[i]表示将所有帧图像，第i空间维最大灰度值累加；

maxValue表示在[0,Width)空间维中，最大的MaxTmp[i]值。

其次，比较所述灰度值最大值的累加值与所述累加值的最大值，得到有效空间维的数量，并计算每个所述有效空间维的综合权值，以获得最佳空间维。综合权值的参考因素为：综合权值与该空间维最大灰度值累加和成正比；与该空间维偏离光斑中心点距离的累加和成反比。

具体地，在[0,Width)空间维，比较MaxTmp[i]与maxValue的值，如果MaxTmp[i]>maxValue*2/3，则该空间维作为有效空间维参与到最佳空间维运算，num为有效空间维的数量；

计算第m帧图像在有效空间维中的光斑中心点，计算光斑中心点的过程为：在所有有效空间维中遍历，将每个空间维灰度值最大的行编号依次累加之后取平均。

计算第m帧图像在某个有效空间维最亮点偏离光斑中心点的距离Dis[m*Width+i]，计算公式如公式2所示；

Dis[m*Width+i]＝abs(MaxLine[i+m*Width]-center) (2)

逐各计算各个有效空间维，所有帧图像偏离光斑中心点距离的累加和Bias[i]，如公式3所示，其中MaxBias为所有有效空间维中Bias[i]的最大，如公式4所示：

在num个有效空间维中，计算每个空间维的综合权值，如公式5所示：

MaxTmp[i]/maxValue+Bias[i]/MaxBias (5)

在所有num个有效空间维中，如公式5所示，取值最大的空间维为最佳空间维。

请参阅图2，本发明成像光谱仪光谱定标中空间维自动识别系统一个实施例中的原理框图。本发明成像光谱仪光谱定标中空间维自动识别系统，包括单色仪、单色仪控制模块、数据记录模块、成像光谱仪探测器及光谱定标模块，单色仪控制模块控制单色仪依次将不同光谱信号连续输送到所述成像光谱仪探测器上，数据记录模块接收并记录成像光谱仪探测器上的图像信号，光谱定标模块根据数据记录模块的图像数据对成像光谱仪进行定标。

图像数据包括当前帧成像图片以及当前帧光谱信息；数据记录模块将所述当前帧成像图片及对应的所述当前帧光谱信息进行记录。本实施例中，数据记录模块及光谱定标模块为上位机。

光谱定标模块计算在[0,Width)空间维中每一帧图像所对应的最大灰度值、第i个空间维所有帧图像灰度值最大值的累加值以及在所有空间维中累加值的最大值，以及比较所述灰度值最大值的累加值与所述累加值的最大值，得到有效空间维的数量，并计算每个所述有效空间维的综合权值，以获得最佳空间维。光谱定标模块具有与上述成像光谱仪光谱定标中空间维自动识别系统中计算方法相同的技术特征，此处不再赘述。

本发明成像光谱仪光谱定标中空间维自动识别系统的实施例中，还包括光源，光源用于提供光源信号，单色仪对光源的光源信号进行分光。

本发明的成像光谱仪光谱定标中空间维自动识别方法具有能够实现空间维的自动识别、定标准确的有益效果

以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所作出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种成像光谱仪光谱定标中空间维自动识别方法，其特征在于，包括以下步骤：

计算在[0,Width)空间维中每一帧图像所对应的最大灰度值、灰度值最大值的累加值以及累加值的最大值；

比较所述灰度值最大值的累加值与所述累加值的最大值，得到有效空间维的数量，并计算每个所述有效空间维的综合权值，以获得最佳空间维。

2.如权利要求1所述的成像光谱仪光谱定标中空间维自动识别方法，其特征在于，计算在[0,Width)空间维中每一帧图像所对应的最大灰度值、最大灰度值的累加值以及累加值的最大值，包括以下步骤：

光谱定标前，从初始帧到结束帧每一帧图像遍历一次，分别计算第m帧图像中第i个空间维对应的最大灰度值Max[i+m*Width]，并记第i个空间维的行编号为MaxLine[i+m*Width]；

将定标过程中所有帧图像中第i空间维的灰度值最大值进行累加，得到第i空间维中最大灰度值的累加值MaxTmp[i]；

计算[0,Width)空间维中，所述最大灰度值的累加值MaxTmp[i]的最大值，记为maxValue。

3.如权利要求2所述的成像光谱仪光谱定标中空间维自动识别方法，其特征在于，m的取值范围为[0,3000]，代表3001帧图像编号。

4.如权利要求1所述的成像光谱仪光谱定标中空间维自动识别系统，其特征在于，比较所述灰度值最大值的累加值与所述累加值的最大值，得到有效空间维的数量，并计算每个所述有效空间维的综合权值，以获得最佳空间维，包括以下步骤：

在[0,Width)空间维，比较所述最大灰度值的累加值MaxTmp[i]与所述累加值的最大值maxValue；

若MaxTmp[i]>maxValue*2/3，则将该空间维作为有效空间维参与到最佳空间维运算，记num为有效空间维的数量；

计算第m帧图像在所述有效空间维中的光斑中心点。

计算第m帧图像在所述有效空间维中，最亮点偏离光斑中心点的距离Dis[m*Width+i]；

计算每个所述有效空间维中的所有帧图像偏离光斑中心点距离的累加和Bias[i]；

在num个有效空间维中，根据MaxTmp[i]、maxValue及Bias[i]计算每个空间维的综合权值；

在所述num个有效空间维中，将取值最大综合权值的空间维定为最佳空间维。

5.一种成像光谱仪光谱定标中空间维自动识别系统，其特征在于，包括单色仪、单色仪控制模块、数据记录模块、成像光谱仪探测器及光谱定标模块，所述单色仪控制模块控制所述单色仪依次将不同光谱信号连续输送到所述成像光谱仪探测器上，所述数据记录模块接收并记录所述成像光谱仪探测器上的图像信号，光谱定标模块根据所述数据记录模块的图像数据对成像光谱仪进行定标；

所述光谱定标模块计算在[0,Width)空间维中每一帧图像所对应的最大灰度值、第i个空间维所有帧图像灰度值最大值的累加值以及在所有空间维中累加值的最大值。

比较所述灰度值最大值的累加值与所述累加值的最大值，得到有效空间维的数量，并计算每个所述有效空间维的综合权值，以获得最佳空间维。

6.如权利要求5所述的成像光谱仪光谱定标中空间维自动识别系统，其特征在于，成像光谱仪光谱定标中空间维自动识别系统还包括光源，所述光源用于提供光源信号。

7.如权利要求5所述的成像光谱仪光谱定标中空间维自动识别系统，其特征在于，所述图像数据包括当前帧成像图片以及当前帧光谱信息；

所述数据记录模块将所述当前帧成像图片及对应的所述当前帧光谱信息进行记录。

8.如权利要求5所述的成像光谱仪光谱定标中空间维自动识别系统，其特征在于，所述光谱定标模块计算在[0,Width)空间维中每一帧图像所对应的最大灰度值、第i个空间维所有帧图像灰度值最大值的累加值以及在所有空间维中累加值的最大值的过程为：

光谱定标前，从初始帧到结束帧每一帧图像遍历一次，分别计算第m帧图像中第i个空间维对应的最大灰度值Max[i+m*Width]，并记第i个空间维的行编号为MaxLine[i+m*Width]；

将定标过程中所有帧图像中第i空间维的灰度值最大值进行累加，得到第i空间维中最大灰度值的累加值MaxTmp[i]；

计算[0,Width)空间维中，所述最大灰度值的累加值MaxTmp[i]的最大值，记为maxValue。

9.如权利要求5所述的成像光谱仪光谱定标中空间维自动识别系统，其特征在于，所述光谱定标模块比较所述灰度值最大值的累加值与所述累加值的最大值，得到有效空间维的数量，并计算每个所述有效空间维的综合权值，以获得最佳空间维的过程为：

在[0,Width)空间维，比较所述最大灰度值的累加值MaxTmp[i]与所述累加值的最大值maxValue；

若MaxTmp[i]>maxValue*2/3，则将该空间维作为有效空间维参与到最佳空间维运算，记num为有效空间维的数量；

计算第m帧图像在所述有效空间维中的光斑中心点，计算第m帧图像在所述有效空间维中，最亮点偏离光斑中心点的距离Dis[m*Width+i]；

计算每个所述有效空间维中的所有帧图像偏离光斑中心点距离的累加和Bias[i]；

在num个有效空间维中，根据MaxTmp[i]、maxValue及Bias[i]计算每个空间维的综合权值；

在所述num个有效空间维中，将取值最大综合权值的空间维定为最佳空间维。