CN109738069B - 多光谱成像照明空间非均匀性校正的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多光谱成像照明空间非均匀性校正的方法，包括如下步骤：首先在照明光源下利用多光谱相机拍摄目标对象的多光谱图像，保持多光谱相机位置不变，将空间均匀性校正白板放置于目标对象处并覆盖整个目标对象，拍摄校正白板的多光谱图像。用镜头盖盖住多光谱相机的镜头，采集多光谱相机的暗场图像。目标对象和校正白板的多光谱图像分别扣除暗场图像，利用校正白板的多光谱图像逐通道校正目标对象的多光谱图像。本发明具有能够消除照明光源光照的空间非均匀性对多光谱成像的影响，提高多光谱成像的质量的特点。
Description
技术领域
本发明涉及多光谱相机成像质量校正技术领域，尤其是涉及一种能够提高多光谱成像质量的多光谱成像照明空间非均匀性校正的方法。
背景技术
照明光源是多光谱成像系统不可或缺的组成部分，光源的功率、光谱特性及稳定性将影响多光谱图像采集的质量。光源在整个可见光波段应有较大的光谱功率，对于以重构光谱反射比为目的的应用，光源的光谱功率分布应尽可能的平滑，如果同时采用几个光源，则其应该有相同的光谱功率分布，并且应保证光谱功率分布和光照强度的空间均匀性。
但在实际应用中，所采用光源的空间光照强度分布一般随发射角度的不同而变化，因此照射到成像目标对象表面不同位置的光照强度也是不均匀的。对于这种由光源的物理特性产生的照明空间非均匀性，在硬件方面一般采用两种方法简单处理，一种方法是在光源前设置具有匀光作用的透射板，但这种方法只是一种粗略处理，仍不能消除照明的空间非均匀性。另一种方法是用积分球匀光后将光投出，但积分球的光出射孔径有限，不适用于面积较大的对象的照明。
因此，设计一种能够提高多光谱成像质量的多光谱成像照明空间非均匀性校正的方法，就显得十分必要。
发明内容
本发明是为了克服现有技术中，现有的多光谱成像系统中，由于存在光源的物理特性产生的照明空间非均匀性，从而导致多光谱成像质量较差的问题，提供了一种能够提高多光谱成像质量的多光谱成像照明空间非均匀性校正的方法。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种多光谱成像照明空间非均匀性校正的方法，包括如下步骤：
(1-1)在照明光源下利用多光谱相机拍摄目标对象，获得目标对象的多光谱图像，设定多光谱相机的光谱通道数为n，则共形成n个通道图像，其中第k个通道图像上(i,j)处像素的响应值为p(i,j)；
(1-2)保持多光谱相机位置不变，将校正白板置于目标对象处并覆盖目标对象的全部区域，采集校正白板n个通道的多光谱图像；
(1-3)保持多光谱相机位置不变和离焦状态，将校正白板旋转180o，再次采集校正白板n个通道的多光谱图像，并设定所述状态下的第k个通道图像pW2上(i,j)处像素的响应值为pW2(i,j)；
(1-4)将校正白板旋转前后图像的平均值作为校正白板最终的图像；
(1-5)用镜头盖盖住多光谱相机的镜头，采集多光谱相机的暗场图像，同时将目标对象和校正白板的多光谱图像分别扣除暗场图像，利用校正白板的多光谱图像逐通道校正目标对象的多光谱图像。
本发明利用校正白板校正多光谱成像过程中照明空间非均匀性对多光谱成像的影响，同时校正后的多光谱图像可用于多光谱相机的色度特征化或光谱特征化。在校正过程中，用离焦消除校正板表面微小的非均匀性对校正效果的影响，并将校正白板旋转180°后再次拍摄，取校正白板旋转前后的两幅图像的平均值，消除了纸张纹理对成像数据的影响。本发明具有能够提高多光谱成像质量的特点。
作为优选，多光谱成像照明空间非均匀性校正的方法的步骤(1-2)还包括如下步骤：
微调多光谱相机的调焦环，使校正白板的图像稍微离焦，然后采集校正白板n个通道的多光谱图像，并设定校正白板第k个通道图像pW1上(i,j)处像素的响应值为pW1(i,j)值。所述步骤是为了消除校正白板表面微小的非均匀性的影响。
作为优选，多光谱成像照明空间非均匀性校正的方法的步骤(1-4)还包括如下步骤：
设定校正白板第k个通道图像为pW＝0.5(pW1+pW2)，平均像素响应值为
pW(i,j)为图像pW上(i,j)处的像素响应值。
作为优选，多光谱成像照明空间非均匀性校正的方法的步骤(1-5)还包括如下步骤：
设定暗场图像第k个通道图像pD上(i,j)处像素的响应值为pD(i,j)，计算暗场图像pD所有像素的平均像素响应值为
按下式校正照明空间非均匀性对目标对象相机响应值的影响：
其中，pC(i,j)为目标对象第k个通道图像(i,j)处像素校正后的响应值，d为校正系数。
作为优选，所述多光谱相机为滤色片轮式，由n个干涉滤色片形成n个光谱通道。
因此，本发明具有如下有益效果：(1)本发明利用校正白板校正多光谱成像过程中照明空间非均匀性对多光谱成像的影响，提高了多光谱成像的质量；(2)在校正过程中，用离焦消除校正板表面微小的非均匀性对校正效果的影响，并将校正白板旋转180°后再次拍摄，取校正白板旋转前后的两幅图像的平均值，消除了纸张纹理对成像数据的影响；(3)操作简单方便，易于实施。
附图说明
图1是本发明的一种流程图；
图2是本发明在校正白板峰值透过率波长为540nm通道下的响应值空间分布图；
图3是本发明在校正白板峰值透过率波长为540nm通道下的校正系数空间分布图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明做进一步的描述：
实施例：本发明所采用的多光谱相机为滤色片轮式，由16个干涉滤色片形成16个通道，16个滤色片的峰值半高宽均为20nm，峰值透过率波长分别为400nm、420nm、440nm、460nm、480nm、500nm、520nm、540nm、560nm、580nm、600nm、620nm、640nm、660nm、680nm和700nm。校正白板选用白色哑光照相纸。照明光源采用D65光源。
如图1所示的一种利用多光谱相机自适应重构光谱反射比的方法，包括如下步骤：
(1-1)在D65照明光源下利用多光谱相机拍摄目标对象，获得目标对象的多光谱图像，多光谱相机的光谱通道数为16，则共形成16个通道图像，其中第2个通道(420nm)图像上(i,j)处像素的响应值为p(i,j)；
(1-2)保持多光谱相机位置不变，将白色哑光照相纸置于目标对象处并覆盖目标对象的全部区域，微调多光谱相机的调焦环，使白色哑光照相纸的图像稍微离焦，消除白色哑光照相纸表面微小的非均匀性的影响，然后采集白色哑光照相纸16个通道的多光谱图像，白色哑光照相纸的第2个通道图像pW1上(i,j)处像素的响应值为pW1(i,j)；
(1-3)保持多光谱相机位置不变和离焦状态，将白色哑光照相纸旋转180o，再次采集白色哑光照相纸16个通道的多光谱图像，该状态下白色哑光照相纸的第2个通道图像pW2上(i,j)处像素的响应值为pW2(i,j)；
(1-4)将白色哑光照相纸旋转前后图像的平均值作为白色哑光照相纸最终的图像，则白色哑光照相纸第2个通道图像为pW＝0.5(pW1+pW2)，平均像素响应值为
pW(i,j)为图像pW上(i,j)处的像素响应值；
(1-5)用镜头盖盖住多光谱相机镜头，采集多光谱相机的暗场图像，设第2个通道图像pD上(i,j)处像素的响应值为pD(i,j)，计算暗场图像pD所有像素的平均像素响应值为
按下式校正照明空间非均匀性对目标对象相机响应值的影响，即
其中，pC(i,j)为目标对象第2个通道图像(i,j)处像素校正后的响应值，d为校正系数。
另外，对于其他15个通道用上述同样的方法分别校正照明的空间非均匀性。
如图2和图3所示，为本发明提出的方法得到的540nm通道下的响应值空间分布与校正系数，在实际应用中，因不同通道的照明均匀性均有所不同，因此，需要为每一个通道校正照明空间非均匀性。
应理解，本实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
Claims (4)
1.一种多光谱成像照明空间非均匀性校正的方法，其特征是，包括如下步骤：
(1-1)在照明光源下利用多光谱相机拍摄目标对象，获得目标对象的多光谱图像，设定多光谱相机的光谱通道数为n，则共形成n个通道图像，其中第k个通道图像上(i,j)处像素的响应值为p(i,j)；
(1-2)保持多光谱相机位置不变，将校正白板置于目标对象处并覆盖目标对象的全部区域，采集校正白板n个通道的多光谱图像；
(1-3)保持多光谱相机位置不变和离焦状态，将校正白板旋转180°，再次采集校正白板n个通道的多光谱图像，并设定所述状态下的第k个通道图像p W2上(i,j)处像素的响应值为p W2(i,j)；
(1-4)将校正白板旋转前后图像的平均值作为校正白板最终的图像；
(1-5)用镜头盖盖住多光谱相机的镜头，采集多光谱相机的暗场图像，同时将目标对象和校正白板的多光谱图像分别扣除暗场图像，利用校正白板的多光谱图像逐通道校正目标对象的多光谱图像；
步骤(1-2)还包括如下步骤：
微调多光谱相机的调焦环，使校正白板的图像稍微离焦，然后采集校正白板n个通道的多光谱图像，并设定校正白板第k个通道图像p W1上(i,j)处像素的响应值为p W1(i,j)值。
2.根据权利要求1所述的多光谱成像照明空间非均匀性校正的方法，其特征是，步骤(1-4)还包括如下步骤：
设定校正白板第k个通道图像为p W＝0.5(p W1+p W2)，平均像素响应值为p W(i,j)为图像p W上(i,j)处的像素响应值。
3.根据权利要求2所述的多光谱成像照明空间非均匀性校正的方法，其特征是，步骤(1-5)还包括如下步骤：
设定暗场图像第k个通道图像p D上(i,j)处像素的响应值为p D(i,j)，计算暗场图像pD所有像素的平均像素响应值为按下式校正照明空间非均匀性对目标对象相机响应值的影响：
其中，p C(i,j)为目标对象第k个通道图像(i,j)处像素校正后的响应值，d为校正系数。
4.根据权利要求1或2或3所述的多光谱成像照明空间非均匀性校正的方法，其特征是，所述多光谱相机为滤色片轮式，由n个干涉滤色片形成n个光谱通道。
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