CN113075135A - 快照式成像光谱仪光斑阵列精确位置校正方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了快照式成像光谱仪光斑阵列精确位置校正方法，通过选取全靶面中的光斑点阵，然后对矩形子区域划分，通过直方图算法得出每个子区域的阈值，然后根据一个子区域的相邻子区域的初始阈值以及权重系数来表示中心区域的最佳阈值，然后确定子区域亮点位置，最后判断是否为有效点。本方法实现有效点提取、无效点剔除，避免造成无效亮点对光谱定标干扰。

Description

快照式成像光谱仪光斑阵列精确位置校正方法

技术领域

本发明属于光谱仪技术领域，尤其涉及一种快照式成像光谱仪光斑阵列精确位置校正方法。

背景技术

现有技术中的背景靶面的亮点提取主要通过设定一个全局阈值来实现，导致靶面上的某些区域仍然会有一部分亮点未被提取或者提取到无效亮点，从而严重降低快照式视频成像光谱仪光谱定标精度。

发明内容

本发明为解决上述问题，提供一种快照式成像光谱仪光斑阵列精确位置校正方法，包括如下步骤：

S1：选取全靶面中m×n个点阵；

S2：将上述靶面划分为m×n个矩形子区域，计算每个矩形子区域之间的横向步长和纵向步长；

S3：根据灰度直方图方法计算出每一个子区域的初始阈值T₀(i，j)：

其中，A为背景直方图的峰值，B为亮点区域的中心灰度级，C为根据子区域亮度进行调整的自由变量，C∈[20,50]；

S4：根据通过每个子区域相邻的子区域的初始阈值以及权重系数来表示中心区域的更新阈值T′(i，j)，公式为：

其中，D_(i,j)为邻子区域的权重系数，且为如下关系：

S5：将子区域所有像素点灰度值DN与更新后的灰度阈值比较，将灰度值DN＞T′(i，j)的像素点提取出，再通过灰度质心算法求得亮点的准确位置；

S6：找到亮点的准确位置后，将所述亮点开一个a×a的开窗，计算窗口区域的平均灰度值T_p，根据下述公式判断该子区域亮点是否有效：

T_p-A＞T₂ (4)

其中，T₂为亮点的灰度阈值，取值范围为[100,200]，若公式成立则为该点有效点，将该点进行提取，若公式不成立，则该点为无效点，对该点进行剔除。

优选的，所述点阵由汞灯光斑形成。

优选的，所述点阵的标点坐标规律为：第一排第一列点坐标为(x₁,y₁),第一排第m列点坐标为(x_m,y₁),第n排第一列点坐标为(x₁,y_n)。

优选的，每个子区域的横向之间的步长为

每个子区域的竖向之间的步长为

优选的，所述步骤S6中a×a的开窗中，a＝3。

有益效果：本发明的方法首次提出利用亮点的相邻子区域来计算确定全靶面所有子区域亮点提取的最佳灰度阈值，通过此方法实现全靶面亮点自适应提取，提高了快照式视频成像光谱仪的光谱定标精度。

另外，本方法提出通过亮点光斑邻域阈值结合灰度直方图算法，通过直方图算法，判断提取出的亮点是否为有效亮点，从而实现有效点提取、无效点剔除，避免造成无效亮点对光谱定标干扰。

附图说明

图1为本发明一种实施例的探测器全靶面像素分布示意直方图；

图2为本发明一种实施例的探测器靶面图像采集示意图；

图3为本发明一种实施例的子区域像素分布示意直方图；

图4为3×3亮点开窗示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要注意的是，本文使用术语第一、第二、第三等来描述各种部件或零件，但这些部件或零件不受这些术语的限制。这些术语仅用来区别一个部件或零件与另一部件或零件。术语诸如“第一”、“第二”和其他数值项在本文使用时不是暗示次序或顺序，除非由上下文清楚地指出。为了便于描述，本文使用空间相对术语，诸如“内部”、“外部”、“上端”、“下端”、“左侧”、“右侧”、“上部的”、“左”、“右”等，以描述本实施例中部件或零件的方位关系，但这些空间相对术语并不对技术特征在实际应用中的方位构成限制。

根据快照式视频成像光谱仪的光谱定标经验发现，在微透镜阵列的快照式视频成像光谱仪的基础上，光谱设计模型理论位置与光斑在探测器实际位置匹配的过程中，首先要做的就是将探测器上的有效光斑提取出来，然而由于背景靶面亮度不均匀，会造成亮斑提取难度加大。如果设定阈值较大，可能导致亮斑提取不完全，而设定阈值较小，会将像面背景提取出来，造成亮斑提取误差较大。因此本发明实施例提出利用划分子区域以及通过子区域邻域的初始灰度阈值T₀来确定中心区域的最佳灰度阈值，从而确定亮点准确位置并对亮点有效性加以判断，进而提高快照式视频成像光谱仪光谱定标精度。具体如下：

如图1至图4所示，一种快照式成像光谱仪光斑阵列精确位置校正方法，包括如下步骤：

S1：选取全靶面中m×n个点阵，本发明的实施例都是基于微透镜阵列的快照式视频成像光谱仪，因为只有微透镜阵列的快照式视频成像光谱仪才与本方法匹配。

首先选取全靶面m×n个点阵，如图1所示，每个点的标记标准就是如下规律：第一排第一列点坐标为(x₁,y₁),第一排第m列点坐标为(x_m,y₁),第n排第一列点坐标为(x₁,y_n)。

S2：将上述靶面划分为m×n个矩形子区域，计算每个矩形子区域之间的横向步长和纵向步长，横向步长和纵向步长的解释为：选的矩形子区域为矩形，横向的方向为矩形的横向，而不是现有技术中的水平方向，纵向同样为矩形子区域的纵向，也就是与该矩形子区域的纵边平行的方向。

S3：根据灰度直方图方法计算出每一个子区域的初始阈值T₀(i，j)：

其中，A为背景直方图的峰值，B为亮点区域的中心灰度级，C为根据子区域亮度进行调整的自由变量，C是一个自由变量，但是受很多因素的控制，一般是一个经验值，在本环境下，C的取值一般在20至50之间，其中包括端点值。C可能受目标对比度、光源等因素影响。

S4：根据通过每个子区域相邻的子区域的初始阈值以及权重系数来表示中心区域的更新阈值T′(i，j)，公式为：

其中，D_(i,j)为邻子区域的权重系数，且为如下关系：

其中，T′(i，j)不仅是中心区域的更新阈值，还是子区域最佳阈值。

首先，权重系数是根据该子区域划分的光斑或亮点的亮度决定的，简单的说，即假定该区域的整亮度为1，其中一个子区域的亮度为整体亮度的五分之一，该子区域和其他子区域的亮度总和为该区域的整亮度；所以这个加权系数是该子区域占整体区域亮度的比例决定的。

S5：将子区域所有像素点灰度值DN与更新后的灰度阈值比较，将DN值＞T′(i，j)的像素点提取出，再通过灰度质心算法求得亮点的准确位置；

S6：找到亮点的准确位置后，将所述亮点开一个a×a的开窗，计算窗口区域的平均灰度值T_p，根据下述公式判断该子区域亮点是否有效：

T_p-A＞T₂(4)

其中，在a×a的开窗中，a为正整数，例如a＝3，那么就是开一个3×3的开窗，如图4所示，当然也可以为2×2等；若公式4成立则为有效点，将该点进行提取，若公式4不成立，则为无效点，对该点进行剔除，T₂是一个经验值，T₂为亮点的灰度阈值，一般取值范围在100至200之间，包括端点值。

优选的一种实施方式，所述点阵由汞灯光斑形成。

优选的一种实施方式，所述点阵的标点坐标规律为：第一排第一列点坐标为(x₁,y₁),第一排第m列点坐标为(x_m,y₁),第n排第一列点坐标为(x₁,y_n)。

优选的一种实施方式，每个子区域的横向之间的步长为

每个子区域的竖向之间的步长为

本方法的具体操作：首先是划分子区域，然后为每一个子区域更新阈值，进行T′(i，j)计算，接下来为子区域亮点位置确认，最后，为亮点有效性判断。

划分子区域：以

为步长将整个靶面划分为m×n个矩形子区域，使用灰度直方图算法，通过上述公式(1)计算每一个子区域的初始阈值T₀(i，j)；

每一个子区域更新阈值T′(i，j)计算：通过每一个子区域相邻子区域的初始阈值以及权重系数来表示中心区域的最佳阈值；

子区域亮点位置确认：将子区域所有像素点灰度值DN与更新后的灰度阈值比较，将DN值＞T′(i，j)的像素点提取出来，再通过灰度质心算法求得亮点的准确位置；

亮点有效性判断：对亮点进行开窗计算，计算窗口的平均灰度值，通过上述公式(4)判断是否为有效亮点。

本发明公开了快照式成像光谱仪光斑阵列精确位置校正方法，通过选取全靶面中的光斑点阵，然后对矩形子区域划分，通过直方图算法得出每个子区域的阈值，然后根据一个子区域的相邻子区域的初始阈值以及权重系数来表示中心区域的最佳阈值，然后确定子区域亮点位置，最后判断是否为有效点。本方法实现了有效点提取、无效点剔除，避免造成无效亮点对光谱定标干扰。

本发明的方法首次提出利用亮点的相邻子区域来计算确定全靶面所有子区域亮点提取的最佳灰度阈值，通过此方法实现全靶面亮点自适应提取，提高了快照式视频成像光谱仪的光谱定标精度。

另外，本方法提出通过亮点光斑邻域阈值结合灰度直方图算法，通过直方图算法，判断提取出的亮点是否为有效亮点，从而实现有效点提取、无效点剔除，避免造成无效亮点对光谱定标干扰。

以上实施例不局限于该实施例自身的技术方案，实施例之间可以相互结合成新的实施例。以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而并非对其进行限制，凡未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明技术方案的范围内。

Claims (5)

1.一种快照式成像光谱仪光斑阵列精确位置校正方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：选取全靶面中m×n个点阵；

S2：将上述靶面划分为m×n个矩形子区域，计算每个矩形子区域之间的横向步长和纵向步长；

S3：根据灰度直方图方法计算出每一个子区域的初始阈值T₀(i，j)：

其中，A为背景直方图的峰值，B为亮点区域的中心灰度级，C为根据子区域亮度进行调整的自由变量，C∈[20，50]；

S4：根据通过每个子区域相邻的子区域的初始阈值以及权重系数来表示中心区域的更新阈值T′(i，j)，公式为：

其中，D_(i，j)为邻子区域的权重系数，且为如下关系：

S5：将子区域所有像素点灰度值DN与更新后的灰度阈值比较，将灰度值DN＞T′(i，j)的像素点提取出，再通过灰度质心算法求得亮点的准确位置；

S6：找到亮点的准确位置后，将所述亮点开一个a×a的开窗，计算窗口区域的平均灰度值T_p，根据下述公式判断该子区域亮点是否有效：

T_p-A＞T₂ (4)

其中，a为正整数，T₂为亮点的灰度阈值，取值范围为[100，200]，若公式成立则为该点有效点，将该点进行提取，若公式不成立，则该点为无效点，对该点进行剔除。

2.根据权利要求1所述的快照式成像光谱仪光斑阵列精确位置校正方法，其特征在于，所述点阵由汞灯光斑形成。

3.根据权利要求1所述的快照式成像光谱仪光斑阵列精确位置校正方法，其特征在于，所述点阵的标点坐标规律为：第一排第一列点坐标为(x₁，y₁)，第一排第m列点坐标为(x_m，y₁)，第n排第一列点坐标为(x₁，y_n)。

4.根据权利要求3所述的快照式成像光谱仪光斑阵列精确位置校正方法，其特征在于，每个子区域的横向之间的步长为

每个子区域的竖向之间的步长为

5.根据权利要求4所述的快照式成像光谱仪光斑阵列精确位置校正方法，其特征在于，所述步骤S6中a×a的开窗中，a＝3。

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