Ϊ232313 玖、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關一種攜帶式頻譜取像系統，尤指一種以 一數位攝影器材前加置一多重影像棱鏡及一濾鏡，而以單 次拍攝擷取物體影像，即可獲取該物體影像的頻譜資料。 【先前技術】 按，數位影像的技術隨著近期光學影像或電子產品大 廠的重大技術突破，而使有關於數位影像之光電產品曰漸 融入我們的生活中，該些產品包括有顯示器、數位相機、 數位攝影機、掃描器…等眾多產品，而應用該些光電產品 及其配合之影像處理軟體後，亦使我們的生活上產生急遽 的轉變，如電影數位動畫或炫麗使人目不暇給的畫面呈 現，一再地告訴我們數位化的時代已經來臨了，
一般的物體在不同的燈光下所呈現的顏色不盡全然相 同，習知技藝於擷取其影像資訊時，多半只取其R(Red)、G (Green)、B (Blue)三種顏色的組合為其資訊，該取樣 顏色資訊太少，無法真實呈現物體原本之顏色，因此物體 的顏色呈現常發生「同色異譜」的現象，且其僅可做為一 影像初步參考數據，應用於影像測量（如檢查人體皮膚的 顏色來判斷是否患皮膚癌）或高精確度色彩儲存（如博物 館古物數位典藏）時，該三種顏色資訊就嫌不足。因此， 提供較為精確的物體色彩頻譜就顯得相當地重要，亦為本 發明所欲解決的問題。 5 1232313 請參閱圖一所示，係為一習知頻譜擷取系統之結構 圖，其係利用一數位相機11配合一由複數頻譜波長濾光片 121所構成之轉盤12來擷取一影像，該轉盤上12之複數頻譜 波長濾光片121的頻譜係為可見光的頻譜 (400nm〜700nm)，以700nm頻譜的波長最長；400nm頻譜 的波長最短。拍攝時，配合一燈光17的照明該被拍攝物體 13，轉盤調整一頻譜波長濾光片121對準該數位相機1之鏡 頭，以擷取一頻譜影像，欲取得另一頻譜影像時，必須再 · 調整轉盤12至另一種頻譜波長濾光片121對準數位相機11 之鏡頭，再擷取另一頻譜影像，以此類推，但該複數頻譜 影像要完整擷取時，必須連續拍攝七次影像方可完成，其 拍攝時間相對地變長，該複數影像於被擷取後，必須經由 灰階影像14之處理，再經由一色彩矩陣15之運算，便可製 作出一還原影像16，而該轉盤12之控制調整乃由一電腦（圖 中未示）來完成，故該頻譜擷取系統所利用設備太多且太 笨重，不利於攜行，此即為該習知頻譜影像擷取系統之最 主要缺失。 · 請再參閱美國專利編號US5900942號發明專利，其係為 種多光譜影像系統（Multi Spectral Imaging System )，其 係於在一數位攝影器材中利用分光結構，將欲拍攝的影像 同時由三個電荷耦合器（CCD)做一擷取，便可達到拍攝 一次而獲得三組頻譜波段資訊，但其特殊的數位攝影器材 - 因其結構較為複雜，故其製造成本相當地高且製仙當不 易’再者’同時利用三個電荷耦合器（CCD)來擷取影像 6 1232313 時，欲同時將三組曝光參數調整至可利用之範圍亦不易達 成；且該特殊數位攝影器材之組成後的體積亦較一般數位 攝影器材龐大，而不易於做一攜行。 【發明内容】 基於解決以上所述習知技藝的缺失，本發明為一種攜 帶式頻譜取像系統，其主要的目的為於_數位攝影器材前 加置一多重影像稜鏡及一濾鏡，而以單次拍攝擷取物體影 像，即可獲取該物體影像的所有資料，並可提供影像上精 確的色彩重現度，且頻譜影像進而可利用色彩管理系統處 理頻譜資訊到裝置設備相關的色彩信號，皆可獲得良好之 運用，且本發明結構之體積較小，易於做隨身攜行，利於 移動至任一地點做物體之拍攝，具有極佳之機動性。 為達到上述之目的，本發明所利用構件係包括有下列： 一數位攝影器材，具有鏡頭及儲存影像之裝置，用以擷 取欲做頻譜分析之影像； 一多重影像稜鏡，設置於該數位攝影器材之鏡頭前，可 將該被擷取影像分割成若干個；以及 一濾、鏡，由若干個不同頻譜波長之濾光片所組成，置於 多重影像稜鏡及數位攝影器材之間，其鑛應多重影 像稜鏡所分割若干個影像，並使該若干個影像各別^ 應一不同頻譜波長濾光片。 為進一步對本發明有更深入的說明，乃藉由以下圖 示、圖號說明及發明詳細說明，冀能對貴審查委員於審 1232313 查工作有所助益。 【實施方式】 /以下以文子配合圖式說明本發明為達成目的所使用的 技術手段與功效，而以下圖式所解之實施例僅為輔助說 明’以利貴審委瞭解，但本案之技術手段並不限於所列舉 圖式。 請參閱圖二所示，係為本發明之攜帶式頻譜系統之實 施結構圖，其係包括有下列之構件： 一數位相機2，亦可為一數位攝影機，具有鏡頭及儲存影 像之裝置，用以擷取欲做頻譜分析之影像； 一多重影像棱鏡3，設置於該數位相機2之鏡頭前，可將 該被擷取影像分割成若干個；以及 一濾鏡4’由若干個不同頻譜波長之濾光片4a所組成，置 於多重影像稜鏡3及數位相機2之間，其係對應多重影 像棱鏡3所分割若干個影像（本實施例為五個），並使 該若干個影像各別對應一不同頻譜波長濾光片4a，濾 鏡4之若干濾光片的光譜落於Aoonm至7〇〇nm之間，且 該若干濾光片4a之顏色係包含有紅、綠、藍、黃、紫 等之顏色。 藉由上述之構成，該稜鏡3係為一多重影像之五稜鏡或 六稜鏡，且該濾鏡4的裁切與稜鏡3形狀相同。 請參閱圖三所示，係為本發明之被擷取影像透過多重 影像稜鏡及濾鏡後獲得五個頻率影像之示意圖，其中該物 1232313 體5之影像透過了圖二所揭示的結構（數位相機2、多重影 像棱鏡3、遽鏡4) ’本實施例中藉由該可切割成五個影像 之稜鏡3配合遽鏡4之五色頻譜，於一次拍攝時取得五張影 像以進行影像頻譜之分析。 各月參閱圖四所7^ ’係為本發明之遽鏡可藉由兩種頻譜 排列順序獲得複數頻譜影像之示_，其找藏度/波長 ，例之線圖巾’該波長操取波段於4〇〇nm至7〇〇nm之可見 光範圍中，且依感光度的關係可分為a、b、c、d、E…等 五種代號，亦代表五種感光度範圍，而每個代號之光譜波 長長度皆為lGGnm，且其域制隔㈣咖，因此該五種 感光度的排列順序可分為兩種，一為循序排列法，其係為 將A、B、C、D、E之五種感光度直接依其順序排列；二為 間隔排列法，其係將未有重覆波長之A、c、E先行排入， 再將B、D排入，此種排列法於擷取頻譜時，影像交錯部份 會較為明顯，故有益於影像之分割，但無論那一種方 法’皆可完成複數頻譜影像。 請參閱圖五所示，係為本發明藉由—色稿的製作以便 於切割影像且獲得有效影像之示朗，其係個濾鏡魏光 的特性’以製作一色稿6，該色稿6係以黑色為底色，並於 其上均勻分布紅、、綠、藍、黃、白…等之色線，以組成前 述顏色之_方格’進行分·像有效部份，經由數位相 機2搭配稜鏡3及濾鏡4後，便形成一被均分成五色之色稿 61，且其被均分成五色之色稿61内，更係各別包括有一擷 取區域62，利用該被均分成五色之色稿61之製作便可使 1232313 一物體5經由數位相機2搭配稜鏡3及濾鏡4拍攝後，可順利 完成影像之切割，並從複數頻譜影像41中分別找到複數有 效之影像（包括：第一有效影像411、第二有效影像412、 第三有效影像413、第四有效影像414、第五有效影像415)， 由於濾鏡4具有過濾光譜功能，因此被過濾的顏色呈現黑色 線條’可穿透顏色線條較其他不可穿透線條顏色為明亮， 依此特性可輕易分割多重影像有效部分，以利於頻譜分析。 請參閱圖六所示，係為本發明之多頻譜影像的擷取至 還原影像之圖示流程示意圖，其中一數位相機2搭配稜鏡3 及濾鏡4來擷取複數影像，該具有切割成複數頻譜影像之濾 鏡41的顏色係為可見光的顏色，以紅色的波長最長；紫色 的波長最短。拍攝時，配合一燈光71的照明該被拍攝物體 5，以獲得一複數頻譜影像41，並從複數頻譜影像41中分別 找到複數有效之影像（包括：第一有效影像411、第二有效 影像412、第三有效影像413、第四有效影像414、第五有效 影像415),而該複數有效影像經由一色彩矩陣π之運算， 便可得一還原影像73，且該還原影像73與被拍攝物體5相 較，具有極高的還原度。 請參閱圖七所示，係為本發明之多頻譜影像的擷取至 還原影像之較詳細流程圖，其係包括色彩校正及頻譜取像 及還原影像的實施方法，其係分別敘述如下： (I) 一種攜帶式頻譜取像的校正方法，其係包括有： (al)將反射頻譜81做一反射頻譜測量82，再利用主成 份分析法（PCA) 83以求得一特徵向量84 ; 1232313 (a2)综合反射頻譜及前一驟步所求得的特徵向量84做 一特徵空間分析85，以求得一特徵值86參數； (a3)以一數位相機之鏡頭前搭配一多重影像稜鏡及一 濾鏡87，用以拍攝一影像而獲得一組強度值88參 數；以及 (a4)將前述該特徵值86與強度值88做為參數，並實施 線性回歸89分析，以獲得一轉換矩陣94參數。 綜合上述之步驟可歸納出，找出數位相機透過稜鏡及滤 鏡拍攝到的強度值，與物體反射頻譜的轉換矩陣。在求得 轉換矩陣前必須取得一組校正數據，選定校正目標後，而 取得頻譜與數位相機強度值；色塊頻譜資料取得方法為利 用一頻譜儀，取得校正色塊頻譜後，再使用一主成份分析 法（Principal Component Analysis，PCA)，以求得特徵向 量與特徵值。求得色塊的特徵值後，進而利用多變數線性 回歸最小平方法求得數位相機的強度值與特徵值的轉換矩 陣。 、 (II) 一種攜帶式頻譜取像及還原影像的實施方法，其係包 括有： ” (bl)以_數位滅之鏡麟—乡縣像稜鏡及一 濾鏡92拍攝一物體5以獲得若干影像頻譜； ⑽藉由-色稿6的製作並與前述若干影像9頻祕配， 以便於切割該複數影像頻譜且獲得有效影像 (b3)將前述有效影像經由一強度值93、換=圭
特徵值95等參數的運算’並辅以特徵空:合U 11 1232313 影像；以及 (b4)將該前步驟所獲得之影像加入反射頻譜97的參數 後，即可還原該影像的真實狀態。 以上步驟（b4)之反射頻譜為一物體加上一光源之反 射頻譜，必須將其除上光源頻譜後，即可求得一物體之反 射率頻譜。而求得物體之反射率頻譜後，只需再取得各種 光源頻譜，即可模擬物體於各種不同光源下的色彩反應。 藉由上述圖一至圖七電路之動作流程，可明確瞭解本 發明乃藉由一數位攝影器材前加置一多重影像稜鏡及一濾 鏡，=以單次拍攝擷取物體影像，即可獲取該物體影像的 所有資料，並可提供影像上精確的色彩重現度，且頻譜影 像進而可湘色彩管理祕處理頻譜資制裝置設備相關 的色杨號，皆可獲得良好之運用，且本發明結構之體積 較小’易於做隨身攜行，利於移動至任一地點做物體之拍 攝，具有極佳之機動性，故提出專利案之申請以尋獲專利 權之保護。 一 、’、’τ'上所述，本發明之結構特徵及各實施例皆已詳細揭 不、’而可充分顯示出本發在目的及姐上均深富實施 f進步’極具產業之彻價值，减目前市面上前所未 =運用’依專利法之精神所述，本發明案完全符合發明 專利之要件。 唯乂上所述者’僅為本發明之較佳實施例而已，當不 限林發明所實施之範圍，即大凡依本發明申請專 恤圍所作之均等變化與修_，皆應仍屬於本發明專利涵 12 1232313 蓋之乾圍内，謹請 至禱。 貴審查委員明鐘，並祈惠准，是所 【圖式簡單說明】 圖一係為一習知頻譜擷取系統之實施結構圖。 圖二係為本發明之攜帶式頻譜系統之實施結構圖。 圖三係為本發明之被娜影㈣過多重影賴鏡及遽鏡後 獲得五個頻率影像之示意圖。 圖四係為本發明之濾鏡可藉由兩種頻譜排列順序獲得複數 頻譜影像之示意圖。 圖五係為本發明藉由一色稿的製作以便於切割影像且獲得 有效影像之示意圖。 圖六係為本發明之多頻譜影像的擷取至還原影像之圖 示流 程不意圖。 圖七係為本翻之彡辆影像_衫财影像之較詳細 流程圖。 圖號說明： 11〜數位相機 12〜轉盤 121〜濾光片 13〜物體 14〜灰階影像 15〜色彩矩陣 1232313 16〜還原影像 17〜燈光 2〜數位相機 3〜稜鏡 4〜濾鏡 4a〜濾光片 41〜複數頻譜影像 411〜第一有效影像 412〜第二有效影像 413〜第三有效影像 414〜第四有效影像 415〜第五有效影像 42〜循序排列法 43〜間隔排列法 5〜物體 6〜色稿 61〜被均分五色之色稿 62〜擷取區域 71〜燈光 72〜色彩矩陣 73〜還原影像 81〜反射頻譜 82〜反射頻譜測量 83〜主成份分析法 1232313 84〜特徵向量 85〜特徵空間分析 86〜特徵值 87〜數位相機搭配棱鏡與濾鏡 88〜強度值 89〜線性回歸 91〜影像分割技術 92〜數位相機搭配稜鏡與濾鏡 _ 93〜強度值 94〜轉換矩陣 95〜特徵值 96〜特徵空間合成 97〜反射頻譜
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