TW202024812A

TW202024812A - 光譜影像擷取裝置及其校正方法

Info

Publication number: TW202024812A
Application number: TW107147527A
Authority: TW
Inventors: 張世錩; 闕家彬; 黃明俥; 謝郁平
Original assignee: 財團法人印刷創新科技研究發展中心
Priority date: 2018-12-27
Filing date: 2018-12-27
Publication date: 2020-07-01
Also published as: TWI699629B

Abstract

本發明一種光譜影像擷取裝置及其校正方法，其係一影像擷取裝置，其包含一固定座及一濾片座，係利用該濾片架裝設一第一濾片及一第二濾片並進行切換，再透過夾持於該固定座上之一智慧型手持式裝置來拍攝一物件，將拍攝之該第一影像及該第二影像傳輸至一雲端影像處理裝置，調整個別地調整該第一影像及該第二影像之一第一影像參數及一第二影像參數，並疊合該第一影像及該第二影像產生一第三影像。

Description

光譜影像擷取裝置及其校正方法

本發明係關於一種擷取裝置及其方法，特別是一種光譜影像擷取裝置及其校正方法法。

藝術品的保存，是目前現今社會中重要的一環，藝術品是具藝術價值的創意物品，它可能是實物如油畫，也可能並非實物，如一首音樂，儲存於電腦網路伺服器。實際藝術品會因為自然耗損、腐蝕、變質、生銹、氧化、蟲咬、火災、水災、盜竊等原因影響藝術品的呈現。

過去對於藝術品之保存條件中，最需要盡量避免變動，不論是展覽館或倉庫，溫度與溼度均需控制調節，光線也是如此，需用沒有紫外線的特殊光線或濾光器篩過的光線。保存藝術品的倉庫需要良好的空間隔局與吊畫架，此倉庫可為密閉式亦可為開放式。密閉式可以提供較佳的保護措施，因為可以減少空氣中的灰塵。不過兩者在操作與滑動上務必力求溫和，以減少作品的震動。

而由於藝術品對於外界需求條件高，且需要妥善保存，不適宜劇烈的環境變化，因此現今社會中衍生出利用高精細拍攝或藝術創作之圖紋影像來保存藝術品。

過去仰賴高解析相機或線掃描光學擷取系統等影像掃描科技，將藝術品製作成數位影像檔案而保存，一方面待日後有需要呈現或複製原作時，可利用此數位典藏檔來做高解析印刷複製還原，另一方面則可利用此保存圖像將藝術品影像呈現於網路上，使一般民眾也可透過網路欣賞藝術品，但是目前高解析像機在拍攝影像有所極限，無法完整呈現作品在不同光源下之色彩，因此會產生使藝術品失真的情形發生。

傳統高解析度所使用的機器，如大型機臂式多光譜設備，其結合桌上型電腦，在掃描同時計算影像之色彩數據，經過統計，掃描約A4大小(21x29.7cm)所花費的時間約需2小時，掃描之物件體積小，且過程花費時間長，且該設備無法手持，體積龐大，移動不易；因應上述機器之缺點，現今研發出一款手提式多光譜設備，此一多光譜設備可連接電腦，體積小，因手持而方便攜帶，但是其重量達11Kg，攜帶不易。

現今數位相機有別於傳統相機，是以電荷耦合元件（Charge-coupled device，CCD）或互補式金屬-氧化層-半導體（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor，CMOS）之類感光元件捕捉透過鏡頭進入機身內的光線，轉換為電子訊號以數位方式儲存於特定規格的儲存媒介中（通常是快閃記憶體類的設備），以取代傳統相機之底片，且由於數位相機小巧輕便、即拍即有、使用成本低、相片方便保存、分享與後期編輯等諸多優點，因此亦可使用一般數位相機進行藝術品保存，但數位相機拍攝時僅可拍攝出RGB所合成之色彩特性之影像，在複製還原上無法呈現藝術品於不同光源下之色彩，會有失真的情形產生，雖然此一缺點可透過裝設相機濾鏡來解決，但裝設過程卻會影響拍攝之影像。

因此，為了解決現今一般數位相機及高解析裝置所產生之瓶頸，希望一般使用者也可拍攝到不同的色彩特性的影像，且結合平台之影像優化功能，來強化影像之細節，以輸出更擬真的複製品。

依據上述內容，本發明為了解決現今一般數位相機及高解析裝置所產生之瓶頸，提供一種影像擷取裝置，其可裝設智慧型手持式裝置，選取組裝多種濾片後，利用智慧型手持式裝置進行影像擷取，收集不同濾片所拍攝之影像，透過一種影像解析方法，使影像達到擬真效果。

本發明之一目的，在於提供一種光譜影像擷取裝置，該影像擷取裝置可安裝於智慧智慧型手持式裝置(智慧型手機或平板電腦)，利用智慧型手機或平板電腦內之拍攝模式，透過多組濾片拍攝影片，對影像進行疊合後，分析該影像之色相、彩度及明度後，調整影像之色相、彩度及明度之參數，使其具有擬真感，並且可透過更換濾片種類，過濾光線接收紫外光(UV)或紅外線(IR)光譜之圖形，可用於鈔票防偽辨識或刑事鑑定。

針對上述之目的，本發明提供一種光譜影像擷取之方法，其步驟為使用一第一濾片及一第二濾片拍攝一物件以個別地擷取一第一影像及一第二影像，其中，該第一濾片及該第二濾片具有一第一光學特性及一第二光學特性；個別地調整該第一影像及該第二影像之一第一影像參數及一第二影像參數；以及疊合該第一影像及該第二影像產生一第三影像。

本發明提供一實施例，其中係將一智慧型手持式裝置裝設於一光譜影像擷取裝置上，進行該物件之拍攝，將拍攝之該第一影像及該第二影像傳輸至一雲端影像處理裝置進行一影像調整模組及一影像疊合模組後，回傳一第三影像至該智慧型手持式裝置。

本發明提供一實施例，其中於個別地調整該第一影像及該第二影像之一第一影像參數及一第二影像參數之中，包含步驟透過一梯型校正模組及一光源校正模組調整該第一影像及該第二影像，其中，該梯型校正模組係於該第一影像及該第二影像上設定一定位點，用該定位點調整該第一影像及該第二影像，使其具有相同的水平及垂直參數，該光源校正模組係以一預設色彩參數做比對，調整該第一影像及該第二影像之影像顏色。

本發明提供一實施例，其中於疊合該第一影像及該第二影像產生一第三影像之步驟中，包含一像素比對模組，比對該第一影像及該第二影像之該定位點的偏移量，確認該定位點的偏移量小於5pixel，即疊合該第一影像及該第二影像產生一第三影像，該定位點的偏移量大於5pixel，則回傳重拍訊息至智慧型手持裝置。

本發明提供一實施例，其中該第一濾片及該第二濾片之過濾波長係選自於波長400nm以下、波長400至700nm之間及波長700nm以上之濾片之其中之一或其上述任意選擇之一

本發明之一目的，在於提供一種光譜影像擷取裝置，其包含一固定架，其係用以夾持一智慧型手持式裝置，以及一濾片座，其設置於該固定架之一側，該濾片座具有一支撐架及一濾片架，該支撐架樞接該濾片架，該濾片架係用複數個容置空間以容置一第一濾片及一第二濾片，其中，該智慧型手持式裝置之一鏡頭相對應於該些個容置空間之一。

本發明提供一實施例，其中該固定架包含一空間，設置於該固定架之上，其連接一第一開口及一第二開口，以及一夾持件，該夾持件設置於該空間內。

本發明提供一實施例，其中該濾片架之外型係包含圓形、橢圓形、扇形、方形或矩形之其中之一者。

本發明提供一實施例，其中更包含一承載台，其設置於該固定架及該濾片座之下方。

本發明提供一實施例，其中該第一濾片及該第二濾片之過濾波長係選自於波長400nm以下、波長400至700nm之間及波長700nm以上之濾片之其中之一或其上述任意選擇之一。

為使　貴審查委員對本發明之特徵及所達成之功效有更進一步之瞭解與認識，謹佐以較佳之實施例及配合詳細之說明，說明如後：

在下文中，將藉由圖式來說明本發明之各種實施例來詳細描述本發明。然而本發明之概念可能以許多不同型式來體現，且不應解釋為限於本文中所闡述之例式性實施例。

為了改良傳統多光譜設備，具有體積龐大、價格昂貴、攜帶不變以及運算時間長之缺點，因此本發明利用現在智慧型手持式裝置取得容易又便於攜帶之優點，研發出一種可以利用智慧型手持式裝置來進行多光譜影像擷取的系統。

本發明研發出一種光譜影像擷取裝置，其可裝設智慧型手持式裝置，選取組裝多種濾片後，利用智慧型手持式裝置進行影像擷取，收集不同濾片所拍攝之影像，透過一種影像解析方法，使影像達到擬真效果，使一般使用者也可利用智慧型手持式裝置，拍攝到不同的色彩特性的影像，結合雲端處裡裝置之影像優化功能，強化影像之細節，以輸出更擬真的複製品。

首先，請參閱第1A圖，其為本發明之一實施例之光譜影像解析之步驟示意圖，請一併參閱第1B圖，其為本發明之一實施例之光譜影像解析之流程示意圖，其步驟包含：步驟S10：將一智慧型手持式裝置裝設於一光譜影像擷取裝置上；步驟S20：使用第一濾片及第二濾片拍攝物件以個別地擷取第一影像及第二影像，其中，第一濾片及第二濾片具有第一光學特性及第二光學特性；步驟S30：將拍攝之第一影像及第二影像傳輸至雲端影像處理裝置；步驟S40：透過影像調整模組內之梯度校正模組、光源校正模組以及像數比對模組進行調整；步驟S50 ：個別地調整第一影像及第二影像之第一影像參數及第二影像參數；步驟S60：使用像素比對模組比對第一影像及第二影像；步驟S70：疊合第一影像及第二影像產生第三影像；以及步驟S80：回傳第三影像置智慧型手持式裝置。

於步驟S10至步驟S20中，如第1A圖所示，其為本發明之一實施例之光譜影像解析之步驟示意圖，請一併參閱第1B圖，其為本發明之一實施例之光譜影像解析之流程示意圖，利用一影像擷取裝置，裝設一第一濾片24及一第二濾片26，透過智慧型手持式30裝置來拍攝一物件50，取得至少一第一影像P1及一第二影像P2，其中，該第一濾片24及該第二濾片26具有一第一光學特性OP1及一第二光學特性OP2。

而步驟S20中之該第一濾片24及該第二濾片26之過濾波長範圍波長為400nm以下(紫外光UV)，波長400nm至700nm(可見光)，以及波長700nm以上(紅外光IR)，該第一濾片24及該第二濾片26過濾波長可依照使用者的需求做調配，拍攝過程中係選擇最少該第一濾片24及該第二濾片26之過濾波長之濾片進行拍攝，若需拍攝複數個波長之影像，則可依照需求將選擇複數個濾片裝設至該影像擷取裝置進行影像擷取。

接著，於步驟S20至步驟S50中，如第1A圖所示，將該第一影像P1及該第二影像P2傳輸至一雲端影像處理裝置60，於該雲端影像處理裝置60內之一影像調整模組62可進行該第一影像P1及該第二影像P2之影像梯度校正模組622以及光源校正模組624，接著請參考第1B圖，再調整該第一影像P1及該第二影像P2之影像參數。

其中，如上所述，該梯度校正模組622執行之步驟係為於拍攝影像實設定一定位點於該第一影像P1及該第二影像P2上，該定位點係設置於該第一影像以及該第二影像之影像背景內，其係以十字或方型XY垂直形式之其中之一呈現於該第一影像P1及第二影像P2上，用該定位點調整該第一影像P1及該第二影像P2，使其具有相同的水平及垂直參數。

而該光源校正模組624則是利用一預設光源參數做比對，調整該第一影像P1及該第二影像P2之影像顏色，該預設色彩參數可透過國際標準光源定義或通過設定標準色卡參數定義。

而透過步驟S60中，如第1A圖及第1B圖所示，待調整完成該第一影像P1及該第二影像P2後，再將該第一影像P1及該第二影像P2傳輸至該雲端影像處理裝置60內進行一影像疊合模組66，再該影像疊合模組66執行前，需針對該第一影像P1及該第二影像P2進行一像素比對模組64，確認該第一影像P1及該第二影像P2之該定位點之偏移參數，確認該定位點的偏移參數小於5pixel，即疊合該第一影像P1及該第二影像P2產生一第三影像P3，若該第一影像P1及該第二影像P2經過比對後之該定位點的偏移參數大於5pixel，則回傳重拍訊息至智慧型手持裝置30後，進行上述步驟S10至步驟S20。

接著，於步驟S60中，如第1B圖所示，若經過該像素比對模組64後，確認該第一影像P1及該第二影像P2之定位點偏移參數小於5pixel，則利用步驟S70，進行該第一影像P1及該第二影像P2之一影像疊合模組66，形成一第三影像P3，再透過步驟S80將該第三影像P3回傳至智慧型手持式裝置30。

以下舉一實例，將一智慧型手機放置於該影像擷取裝置，透過該影像擷取裝置上之一470nm濾片及560nm濾片拍攝後，得到該第一影像及該第二影像，藉由Wifi將照片直接由該智慧型手機上傳至該雲端影像處理裝置60後，先進行該第一影像P1之梯型校正模組622，於照片上設置定位點，透過定位點調整該第一影像P1之水平值(X值)及垂直值(Y值)，接著將該定位點套用至該第二影像P2，使第二影像P2之水平值以及垂直值與該第一影像P1相符，再利用該色彩校正模組624，透過一預設光源參數與標準色卡參數調整該第一影像P1及該第二影像P2之色彩數值，使該第一影像P1及該第二影像P2符合預訂色彩參數後，進行該像素比對模組64，透過該定位點確認該第一影像P1及該第二影像P2的該定位點之偏移參數小於5pixel，則接續進行該影像疊合模組66合成該第三影像P3，回傳至該智慧型手機。

本發明可透過步驟S10至步驟S30之影像擷取方法，提供一種可以擬真複製藝術畫之保存技術，亦可利用此方法進行物品防偽辨識，以及運用於各種物品之鑑定，而有別於傳統之檢測方法耗時長之缺點，該影像擷取方法具有易於操作及快速辨識之功能。

接著，請參閱第2圖，其為本發明之一實施例之光譜影像擷取裝置之立體示意圖，如圖所示，該影像擷取裝置包含一固定架10、一濾片座20、一智慧型手持式裝置30以及一乘載台40。

接著請一併參閱第3圖，其為本發明之一實施例之光譜影像擷取裝置之爆炸示意圖，第4圖，其為本發明之一實施例之光譜影像擷取裝置之裝置示意圖，以及第5圖，其為本發明之一實施例之光譜影像擷取裝置之裝置剖視示意圖，如圖所示，該固定架10夾持該智慧型手持式裝置30，該固定架10之一側設置有該濾片座20，該濾片座20包含一支撐架22及一濾片架24，該支撐架22樞接該濾片架24，該濾片架24係用複數個容置空間26以容置一第一濾片21及一第二濾片23，且該智慧型手持式裝置30之一鏡頭32相對應於該些個容置空間26之一。

上述之該固定架10之結構包含一本體11，及一第一開口14，其設置於該本體11之一側，一第二開口16，其設置於該本體11之另一側及該第一開口14之一側，一空間12，設置於該本體11之上，其連接該第一開口14及該第二開口16，與一夾持件18，該夾持件18設置於該空間12內，其係用以夾持該智慧型手持式裝置30，且因該智慧型手持式裝置30於使用過程中需足夠電源，故發明人於操作過程中插設電源線於該智慧型手持式裝置30，且電源線插設該第一開口14。

另外，該影像擷取裝置更包含一承載台40，其設置於該固定架10及該濾片座20之下方。

為使　貴審查委員對本發明之特徵有更進一步之瞭解與認識，請接著參閱第6圖，其為本發明之一實施例之光譜影像擷取裝置之裝置作動示意圖，如圖所示，將該第一濾片21及該第二濾片23設置於該些個容置空間26中，接著將該智慧型手持式裝置30上之該鏡頭32對準該第一濾片後，透過該智慧型手持式裝置30內之拍攝功能擷取第一張影像，接著轉動該濾片架24，將該第一濾片21切換為該第二濾片23，再使用該智慧型手持式裝置30之拍攝功能擷取第二張影像，以獲得該第一影像及該第二影像。

接著參閱第7圖，其為本發明之一實施例之光譜影像擷取裝置之裝置作動示意圖；參閱第8圖，其為本發明之一實施例之光譜影像擷取裝置之裝置作動示意圖，如圖所示，該濾片架可為矩形之形狀，該第一濾片21及該第二濾片23切換方式可藉由上下滑動亦或是左右滑動切換，使該鏡頭32可相對該第一濾片21及該第二濾片23；該濾片架24亦可為扇子造型，透過中間樞接點轉動切換該濾片架24以切換該第一濾片21及該第二濾片23，使該鏡頭32可相對該第一濾片21及該第二濾片23。

此外，該影像擷取裝置之該濾片架30之外型係更包含三角形、星形、矩形、方形或邊形之其中之一，但不以此為限。

該影像擷取裝置內所使用之該第一濾片21及該第二濾片23，其過濾波長範圍為400nm以下、波長為400nm至700nm以及波長為700nm以上，過濾波長可依照使用者的需求做調配，拍攝過程中可選擇最少該第一濾片及該第二濾片之波長之過濾波長之濾片進行拍攝，若需拍攝複數個波長之影像，則可依拍攝需求將選擇複數個濾片裝設至該影像擷取裝置進行影像擷取。

以上所述之實施例，本發明之方法，其為一種影像擷取裝置及其解析方法，透過智慧型手持式裝置搭配多種濾片進行影像擷取，獲得複數張影像，因濾片具有之波長特性，擷取到不同色彩特性之影像，透過分析影像之色相、彩度以及明度，調整影像之明度及彩度，使影像內色彩之飽和度以及整體明亮度改變，進而使影像色相發生變化，以達到影像優化之目的。且因使用常見之智慧型手持式裝置，使一般使用者也可運用於一般物體，拍攝不同的色彩特性的影像，並結合平台之影像優化功能，來強化影像之細節，以輸出更擬真的複製品。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，並非用來限定本發明實施之範圍，舉凡依本發明申請專利範圍所述之形狀、構造、特徵及精神所為之均等變化與修飾，均應包括於本發明之申請專利範圍內。

10:固定架 11:本體 12:空間 14:第一開口 16:第二開口 18:夾持件 20:濾片座 21:第一濾片 22:支撐架 23:第二濾片 24:濾片架 26:容置空間 30:智慧型手持式裝置 32:鏡頭 40:承載台 50:物體 60:雲端影像處理裝置 62:影像調整模組 622:梯度校正模組 624:光源校正模組 64:像素比對模組 66:影像疊合模組 OP1:第一光學特性 OP2:第二光學特性 P1:第一影像 P2:第二影像 P3:第三影像 S10:將一智慧型手持式裝置裝設於一光譜影像擷取裝置上 S20:使用第一濾片及第二濾片拍攝物件以個別地擷取第一影像及第二影像，其中，第一濾片及第二濾片具有第一光學特性及第二光學特性 S30:將拍攝之第一影像及第二影像傳輸至雲端影像處理裝置 S40:透過影像調整模組內之梯度校正模組、光源校正模組以及像數比對模組進行調整 S50:個別地調整第一影像及第二影像之第一影像參數及第二影像參數 S60:使用像素比對模組比對第一影像及第二影像 S70:疊合第一影像及第二影像產生第三影像 S80:回傳第三影像置智慧型手持式裝置

第1A圖：其為本發明之依實施例之光普影像解析之步驟示意圖第1B圖：其為本發明之一實施例之光譜影像解析之方法流程示意圖；第2圖：其為本發明之一實施例之光譜影像擷取裝置之立體示意圖；第3圖：其為本發明之一實施例之光譜影像擷取裝置之爆炸示意圖；第4圖：其為本發明之一實施例之光譜影像擷取裝置之裝置示意圖；第5圖：其為本發明之一實施例之光譜影像擷取裝置之裝置剖視示意圖；第6圖：其為本發明之一實施例之光譜影像擷取裝置之裝置作動示意圖；第7圖：其為本發明之一實施例之光譜影像擷取裝置之裝置作動示意圖；以及第8圖：其為本發明之一實施例之光譜影像擷取裝置之裝置作動示意圖。

S10:將一智慧型手持式裝置裝設於一光譜影像擷取裝置上

S20:使用第一濾片及第二濾片拍攝物件以個別地擷取第一影像及第二影像，其中，第一濾片及第二濾片具有第一光學特性及第二光學特性

S30:將拍攝之第一影像及第二影像傳輸至雲端影像處理裝置

S40:透過影像調整模組內之梯度校正模組、光源校正模組以及像數比對模組進行調整

S50:個別地調整第一影像及第二影像之第一影像參數及第二影像參數

S60:使用像素比對模組比對第一影像及第二影像

S70:疊合第一影像及第二影像產生第三影像

S80:回傳第三影像置智慧型手持式裝置

Claims

一種光譜影像擷取之方法，其步驟為：使用一第一濾片及一第二濾片拍攝一物件以個別地擷取一第一影像及一第二影像，其中，該第一濾片及該第二濾片具有一第一光學特性及一第二光學特性；個別地調整該第一影像及該第二影像之一第一影像參數及一第二影像參數；以及疊合該第一影像及該第二影像產生一第三影像。
如申請專利範圍第1項所述之種光譜影像擷取之方法，其中係將一智慧型手持式裝置裝設於一光譜影像擷取裝置上，進行該物件之拍攝，將拍攝之該第一影像及該第二影像傳輸至一雲端影像處理裝置進行一影像調整模組及一影像疊合模組後，回傳該第三影像至該智慧型手持式裝置。
如申請專利範圍第2項所述之光譜影像擷取之方法，其中該影像調整模組係包含一梯型校正模組及一光源校正模組調整該第一影像及該第二影像，其中，該梯型校正係於該第一影像及該第二影像上設定一定位點，用該定位點調整該第一影像及該第二影像，使其具有相同的水平及垂直參數，該光源校正模組係以一預設色彩參數做比對，調整該第一影像及該第二影像之影像顏色。
如申請專利範圍第3項所述之光譜影像影像擷取之方法，其中於該影像調整模組之步驟後，包含一像素比對模組，比對該第一影像及該第二影像之該定位點的偏移參數，確認該定位點的偏移參數小於5pixel，即疊合該第一影像及該第二影像產生一第三影像，該定位點的偏移參數大於5pixel，則回傳一重拍訊息至智慧型手持裝置。
如申請專利範圍第1項所述之光譜影像擷取之方法，其中該第一濾片及該第二濾片之過濾波長係選自於波長400nm以下、波長400至700nm之間及波長700nm以上之濾片之其中之一或其上述任意選擇之一。
一種光譜影像擷取裝置，其包含：一固定架，其係用以夾持一智慧型手持式裝置；以及一濾片座，其設置於該固定架之一側，該濾片座具有一支撐架及一濾片架，該支撐架樞接該濾片架，該濾片架係設置複數個容置空間以容置一第一濾片及一第二濾片；其中，該智慧型手持式裝置之一鏡頭相對應於該些個容置空間之一。
如申請專利範圍第6項所述之光譜影像擷取裝置，其中該固定架包含：一本體；一第一開口，其設置於該本體之一側；一第二開口，其設置於該本體之另一側及該第一開口之一側；一空間，設置於該本體之上，其連接該第一開口及該第二開口；以及一夾持件，該夾持件設置於該空間內，其係用以夾持該智慧型手持式裝置。
如申請專利範圍第6項所述之光譜影像擷取裝置，其中該濾片架之外型係包含圓形、橢圓形、扇形、星型、方形或矩形之其中之一者。
如申請專利範圍第6項所述之光譜影像擷取裝置，更包含一承載台，其設置於該手機固定架及該濾片座之下方。
如申請專利範圍第6項所述之光譜影像擷取裝置，其中該第一濾片及該第二濾片之過濾波長係選自於波長400nm以下、波長400至700nm之間及波長700nm以上之濾片之其中之一或其上述任意選擇之一。