一種消除材質(zhì)對光譜反射率測量精度影響的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種消除材質(zhì)對光譜反射率測量精度影響的方法。方法包括：分別采用多光譜成像系統(tǒng)和分光光度計(jì)得到得到樣本測量的光譜反射率和標(biāo)準(zhǔn)的光譜反射率。利用自適應(yīng)波段選擇的方法得到參與校正的波段組合，并根據(jù)所得的波段組合二進(jìn)制差分進(jìn)化算法計(jì)算出光譜反射率的校正矩陣，從而實(shí)現(xiàn)光譜反射率的校正。本發(fā)明可以利用二進(jìn)制差分進(jìn)化算法從光譜反射率的所有采樣波段中選擇最合適的波段組合參與校正，相比于現(xiàn)有校正方法所采用的局部校正模型具有自適應(yīng)的特點(diǎn)，從而提高了校正精度。
【專利說明】一種消除材質(zhì)對光譜反射率測量精度影響的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光譜反射率校正方法，尤其涉及一種利用自適應(yīng)波段選擇消除材質(zhì)對光譜反射率測量精度影響的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]多光譜成像系統(tǒng)通過采集物體在不同波段下的圖像，可以相機(jī)的空間分辨率實(shí)現(xiàn)光譜測量，因此在電子檔案、精細(xì)印染、彩色打印等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。光譜反射率重建是多光譜成像系統(tǒng)中的核心問題，其重建過程為，利用一定數(shù)量的顏色樣本和光譜反射率重建算法得到系統(tǒng)的光譜轉(zhuǎn)換矩陣。由于多光譜成像系統(tǒng)在幾何結(jié)構(gòu)和測量原理上具有特殊性，以及不同材質(zhì)的BRDF之間存在差異(見附圖1和2)，當(dāng)重建所用的顏色樣本的材質(zhì)與待測樣本的材質(zhì)不同時(shí)，多光譜成像系統(tǒng)測得的光譜反射率與標(biāo)準(zhǔn)的光譜反射率之間會存在差異。傳統(tǒng)的光譜反射率校正方法利用光譜反射率的平滑性質(zhì)，僅采用局部的波段信息對光譜反射率進(jìn)行校正。
[0003]多光譜成像系統(tǒng)測得的光譜反射率和標(biāo)準(zhǔn)的光譜反射率之間存在如下的線性轉(zhuǎn)換關(guān)系:
[0004]r=:Hr
[0005]其中?是測得的光譜反射率，r是標(biāo)準(zhǔn)的光譜反射率，H是校正矩陣。Chung在文獻(xiàn)【Improvement of inter-1nstrumental agreement for reflectance spectrophotometers, 2004, 120(6):284-292.】中提出一種校正模型，其中校正矩陣H可以表示為:
[0006]

【權(quán)利要求】
1.一種消除材質(zhì)對光譜反射率測量精度影響的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟:(1)多光譜成像系統(tǒng)測量待測顏色樣本，得到待消除材質(zhì)影響的光譜反射率反；在可見光范圍內(nèi)的波段采樣數(shù)量為31個(gè)，即待消除材質(zhì)影響的光譜反射率i為31 XM的矩陣，M為待測顏色樣本的數(shù)量； (2)求解多光譜成像系統(tǒng)的校正系數(shù)H，具體為:(2.1)分別用多光譜成像系統(tǒng)和分光光度計(jì)測量任意顏色樣本的光譜反射率，用多光譜成像系統(tǒng)測量顏色樣本得到的光譜反射率為?，分光光度計(jì)測量顏色樣本的光譜反射率為r，光譜反射率在可見光范圍內(nèi)的波段采樣數(shù)量為31個(gè)，即?和r均為31 X I的列向量。 (2.2)從?的31個(gè)波段中，隨機(jī)選取3個(gè)波段a、b、c參與校正，波段組合用一個(gè)二進(jìn)制向量表示為， X , =(0 I O 0...1 O O I)(I) _ , ^ ^ ^ ^ abc \v_Iv 〃其中i表不參與校正的波

. 31 bits段，O表示未參與校正的波段，a、b、C表示參與校正的波段的位置，0〈a、b、c〈31 ;例如X121 =(1 I I …O O O O), xr’4 =(0 I I 1...0 O O O).J^J
. 31 bits31 bits (2.3)生成一組31比特的二進(jìn)制向量X，，…，\νν.Λ?}，向量的個(gè)數(shù)N通過下式計(jì)算，
Y3 V' _ N==17{2)
LUij」 其中[]代表四舍五入操作，為不同的波段組合。 (2.4)對于向量組中的任一個(gè)波段組合來說(j e I, 2，…，N)，從其余的波段組合中隨機(jī)選擇^ ’ P e 1，2，…，N、q e 1，2，…，N，j、P、q互不相等，根據(jù)χω/λ和得到一組交換序列Εμ， Epi = bp^bq(3) (2.5)根據(jù)交換序列中的每個(gè)交換對，分別交換波段組合X?,V,中，ap位置和a,位置、bp位置和b,位置、Cp位置和c,位置上的數(shù)值，形成一個(gè)新的波段組合'//., ’即',V, = ^ajbfj ? Epq(4) (2.6)計(jì)算兩種波段組合'V,和'^的校正誤差，由下式得到: /(Ω) = Σ?Γ.(?)-ΗΩ(,?)η.|(5) 其中，^為多光譜成像系統(tǒng)測得的第i個(gè)顏色樣本的光譜反射率，r,為分光光度計(jì)測

廣、得的第i個(gè)顏色樣本的光譜反射率，L是在^中加入偏置項(xiàng)后的結(jié)果，即L= Γ/ ;L代表





VI J顏色樣本的數(shù)量，i為顏色樣本的序號，I i L ；n表不任一個(gè)波段,I ^ n ^ 31, Ηω (η)代表第η個(gè)波段在波段組合Ω下的校正系數(shù)，=?’比較這兩種波段組合的校正誤差，保留校正誤差較小的波段組合。 (2.7)對向量組X中的每一個(gè)波段組合Xab。進(jìn)行步驟⑷到步驟(6)的操作，完成一次迭代，生成一組新的二進(jìn)制向量，對新的二進(jìn)制向量組繼續(xù)進(jìn)行迭代操作，直至達(dá)到最大的迭代次數(shù)G。作為優(yōu)選，G = 25。迭代G次后，根據(jù)公式(5)計(jì)算出二進(jìn)制向量組中每一個(gè)波段組合的校正誤差，將校正誤差最小的波段組合作為參與第η個(gè)波段校正的波段組合，記作xWu。 (2.8)將參與第η個(gè)波段校正的波段組合帶入公式(5)，利用最小二乘法計(jì)算出第η個(gè)波段的校正系數(shù)H (η)。 (2.9)對于光譜反射率的31個(gè)采樣波段重復(fù)步驟(2) — (8)，得到31個(gè)參與校正的波段組合以及相應(yīng)的校正系數(shù)。 (3)結(jié)合步驟(I)得到的待消除材質(zhì)影響的光譜反射_ R以及步驟(2)得到的多光譜成像系統(tǒng)的校正系數(shù)H，通過IT = H食得到消除材質(zhì)對光譜反射率測量精度影響后的光譜反射率V 。
【文檔編號】G06F19/00GK104200066SQ201410392131
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年8月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月11日
【發(fā)明者】鄭芝寰 申請人:浙江大學(xué)