本發(fā)明涉及圖像處理，具體涉及光譜反射率重建方法及多光譜圖像合成方法、裝置和系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、高光譜成像技術(shù)能夠準(zhǔn)確識(shí)別景物中的物質(zhì)，極大地?cái)U(kuò)展了遙感技術(shù)的能力，在地質(zhì)調(diào)查、農(nóng)作物監(jiān)測(cè)、國防安全等領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。當(dāng)波段數(shù)目增加時(shí)，由于太陽輻照度有限，散射到高光譜圖像(hyperspectral?image，hsi)每個(gè)波段上的太陽發(fā)射的光子相應(yīng)減少。因此，hsi的空間分辨率通常較低。與hsi相比，多光譜圖像(multi-spectralimage，msi)則具有更少的波段數(shù)和更高的空間分辨率。為了獲得高空間分辨率和高光譜分辨率的hsi，hsi和msi的融合(fusion?of?hsi?and?msi，fhm)是典型的策略。

2、多光譜圖像在缺陷檢測(cè)、掌紋識(shí)別、多模態(tài)數(shù)據(jù)分析等領(lǐng)域有越來越多的應(yīng)用。多光譜圖像常通過圖像合成的方式獲得，圖像合成是將多譜段的黑白圖像經(jīng)多光譜圖像彩色合成而變成彩色圖像的一種處理技術(shù)。圖像合成的目的是增強(qiáng)圖像上紋理、對(duì)比度等信息。針對(duì)不同的應(yīng)用目的，可實(shí)施不同的彩色合成方案，常用的圖像合成方法有彩色合成和偽彩色合成。上述圖像合成方法沒有考慮發(fā)光體或反光體本身的特性，直接利用圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行合成分析和處理，無法反映物體本身的成像特性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供一種光譜反射率重建方法及多光譜圖像合成方法、裝置和系統(tǒng)，以及一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，旨在更好地反映物體本身的成像特性。

2、根據(jù)第一方面，一種實(shí)施例中提供一種多光譜圖像合成方法，包括：

3、控制多光譜光源投射單色光至目標(biāo)物體上，一共投射m次，每次投射不同波段的單色光至目標(biāo)物體上；在每次投射后觸發(fā)相機(jī)拍攝所述目標(biāo)物體的圖像，經(jīng)m次拍攝后獲得m張n通道圖像，其中n為所述相機(jī)的通道數(shù)，m和n均為大于1的整數(shù)；

4、根據(jù)所述多光譜光源的光譜曲線、所述相機(jī)的光譜反應(yīng)曲線和所述m張n通道圖像計(jì)算得到所述目標(biāo)物體的光譜反射率函數(shù)；

5、采用所述光譜反射率函數(shù)計(jì)算所述目標(biāo)物體的多光譜圖像中每個(gè)像素點(diǎn)對(duì)多個(gè)不同光譜波段的反射率，將每個(gè)像素點(diǎn)對(duì)多個(gè)不同光譜波段的反射率作為該像素點(diǎn)的像素值，以得到所述目標(biāo)物體的多光譜圖像。

6、根據(jù)第二方面，一種實(shí)施例中提供一種光譜反射率重建方法，用于獲取目標(biāo)物體的光譜反射率函數(shù)，所述光譜反射率重建方法包括：

7、控制多光譜光源投射單色光至目標(biāo)物體上，一共投射m次，每次投射不同波段的單色光至目標(biāo)物體上；在每次投射后觸發(fā)相機(jī)拍攝所述目標(biāo)物體的圖像，經(jīng)m次拍攝后獲得m張n通道圖像，其中n為所述相機(jī)的通道數(shù)，m和n均為大于1的整數(shù)；

8、根據(jù)所述多光譜光源的光譜曲線、所述相機(jī)的光譜反應(yīng)曲線和所述m張n通道圖像計(jì)算得到所述目標(biāo)物體的光譜反射率函數(shù)。

9、根據(jù)第三方面，一種實(shí)施例中提供一種多光譜圖像合成裝置，包括：

10、單波段圖像拍攝模塊，用于控制多光譜光源投射單色光至目標(biāo)物體上，一共投射m次，每次投射不同波段的單色光至目標(biāo)物體上，并在每次投射后觸發(fā)相機(jī)拍攝所述目標(biāo)物體的圖像，經(jīng)m次拍攝后獲得m張n通道圖像，其中n為所述相機(jī)的通道數(shù)，m和n均為大于1的整數(shù)；

11、光譜反射率函數(shù)確定模塊，與所述單波段圖像拍攝模塊連接，用于根據(jù)所述多光譜光源的光譜曲線、所述相機(jī)的光譜反應(yīng)曲線和所述m張n通道圖像計(jì)算得到所述目標(biāo)物體的光譜反射率函數(shù)；

12、多光譜圖像合成模塊，與所述光譜反射率函數(shù)確定模塊連接，用于采用所述光譜反射率函數(shù)計(jì)算所述目標(biāo)物體的多光譜圖像中每個(gè)像素點(diǎn)對(duì)多個(gè)不同光譜波段的反射率，將每個(gè)像素點(diǎn)對(duì)多個(gè)不同光譜波段的反射率作為該像素點(diǎn)的像素值，以得到所述目標(biāo)物體的多光譜圖像。

13、根據(jù)第四方面，一種實(shí)施例中提供一種光譜反射率重建裝置，用于獲取目標(biāo)物體的光譜反射率函數(shù)，所述光譜反射率重建裝置包括：

14、單波段圖像拍攝模塊，用于控制多光譜光源投射單色光至目標(biāo)物體上，一共投射m次，每次投射不同波段的單色光至目標(biāo)物體上，并在每次投射后觸發(fā)相機(jī)拍攝所述目標(biāo)物體的圖像，經(jīng)m次拍攝后獲得m張n通道圖像，其中n為所述相機(jī)的通道數(shù)，m和n均為大于1的整數(shù)；

15、光譜反射率函數(shù)確定模塊，與所述單波段圖像拍攝模塊連接，用于根據(jù)所述多光譜光源的光譜曲線、所述相機(jī)的光譜反應(yīng)曲線和所述m張n通道圖像計(jì)算得到所述目標(biāo)物體的光譜反射率函數(shù)。

16、根據(jù)第五方面，一種實(shí)施例中提供一種多光譜圖像合成系統(tǒng)，其特征在于，包括：

17、多光譜光源，用于投射不同波段的單色光；

18、相機(jī)，用于拍攝目標(biāo)物體的圖像；

19、顯示器，用于顯示所述目標(biāo)物體的多光譜圖像；

20、控制器，與所述多光譜光源、所述相機(jī)和所述顯示器連接，用于執(zhí)行以下步驟：

21、控制所述多光譜光源投射單色光至所述目標(biāo)物體上，一共投射m次，每次投射不同波段的單色光至目標(biāo)物體上；在每次投射后觸發(fā)所述相機(jī)拍攝所述目標(biāo)物體的圖像，經(jīng)m次拍攝后獲得m張n通道圖像，其中n為所述相機(jī)的通道數(shù)，m和n均為大于1的整數(shù)；

22、根據(jù)所述多光譜光源的光譜曲線、所述相機(jī)的光譜反應(yīng)曲線和所述m張n通道圖像計(jì)算得到所述目標(biāo)物體的光譜反射率函數(shù)；

23、采用所述光譜反射率函數(shù)計(jì)算所述目標(biāo)物體的多光譜圖像中每個(gè)像素點(diǎn)對(duì)多個(gè)不同光譜波段的反射率，將每個(gè)像素點(diǎn)對(duì)多個(gè)不同光譜波段的反射率作為該像素點(diǎn)的像素值，以得到所述目標(biāo)物體的多光譜圖像；

24、將所述目標(biāo)物體的多光譜圖像輸出至所述顯示器以進(jìn)行顯示。

25、根據(jù)第六方面，一種實(shí)施例中提供一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，所述介質(zhì)上存儲(chǔ)有程序，所述程序能夠被處理器執(zhí)行以實(shí)現(xiàn)上述第一方面所述的多光譜圖像合成方法或上述第二方面所述的光譜反射率重建方法。

26、依據(jù)上述實(shí)施例的光譜反射率重建方法及多光譜圖像合成方法、裝置和系統(tǒng)，通過使用多光譜光源分多次向目標(biāo)物體投射不同波段的單色光，每次投射后觸發(fā)相機(jī)拍攝目標(biāo)物體的圖像，從而對(duì)應(yīng)于每個(gè)波段，獲得相應(yīng)的n通道圖像，其中n為相機(jī)的通道數(shù)，之后根據(jù)多光譜光源的光譜曲線、相機(jī)的光譜反應(yīng)曲線和所獲得的多張n通道圖像可以計(jì)算得到目標(biāo)物體的光譜反射率函數(shù)，能夠更好地反映物體的成像特性；利用目標(biāo)物體的光譜反射率函數(shù)計(jì)算出每個(gè)像素點(diǎn)對(duì)多個(gè)不同光譜波段的反射率，作為像素點(diǎn)的像素值，構(gòu)成目標(biāo)物體的多光譜圖像，使得得到的多光譜圖像能夠更真實(shí)地反映物體本身的成像效果。

技術(shù)特征：

1.一種多光譜圖像合成方法，其特征在于，包括：

2.如權(quán)利要求1所述的多光譜圖像合成方法，其特征在于，所述光譜反射率函數(shù)由預(yù)設(shè)的反射率基函數(shù)及其系數(shù)確定，所述根據(jù)所述多光譜光源的光譜曲線、所述相機(jī)的光譜反應(yīng)曲線和所述m張n通道圖像計(jì)算得到所述目標(biāo)物體的光譜反射率函數(shù)，包括：

3.如權(quán)利要求2所述的多光譜圖像合成方法，其特征在于，所述反射率基函數(shù)有多個(gè)，所述根據(jù)所述多光譜光源的光譜曲線、所述反射率基函數(shù)、所述相機(jī)的光譜反應(yīng)曲線和所述m張n通道圖像計(jì)算得到所述反射率基函數(shù)的系數(shù)，包括：

4.如權(quán)利要求3所述的多光譜圖像合成方法，其特征在于，所述多光譜光源的光譜曲線包括所投射的m種單色光的光譜曲線，所述相機(jī)的光譜反應(yīng)曲線包括所述相機(jī)的n個(gè)通道的光譜反應(yīng)曲線；矩陣f的元素由以下公式確定：

5.如權(quán)利要求3所述的多光譜圖像合成方法，其特征在于，每種單色光對(duì)應(yīng)一個(gè)光譜反射率函數(shù)，每個(gè)光譜反射率函數(shù)各自由8個(gè)反射率基函數(shù)確定，所述系數(shù)向量α具體為通過求解下式得到：

6.如權(quán)利要求2至5中任一項(xiàng)所述的多光譜圖像合成方法，其特征在于，所述光譜反射率函數(shù)由以下公式確定：

7.如權(quán)利要求6所述的多光譜圖像合成方法，其特征在于，所述反射率基函數(shù)的表達(dá)式為：

8.如權(quán)利要求1所述的多光譜圖像合成方法，其特征在于，所述相機(jī)的光譜反應(yīng)曲線包括所述相機(jī)的n個(gè)通道的光譜反應(yīng)曲線，所述相機(jī)的光譜反應(yīng)曲線按以下方式標(biāo)定得到：

9.如權(quán)利要求8所述的多光譜圖像合成方法，其特征在于，在標(biāo)定所述相機(jī)的光譜反應(yīng)曲線前，還包括：

10.如權(quán)利要求1所述的多光譜圖像合成方法，其特征在于，在所述控制多光譜光源投射單色光至目標(biāo)物體上之前，還包括：

11.如權(quán)利要求1所述的多光譜圖像合成方法，其特征在于，所述多光譜光源為dlp投影儀，所述dlp投影儀具有m個(gè)不同波段的單色通道；

12.一種光譜反射率重建方法，其特征在于，用于獲取目標(biāo)物體的光譜反射率函數(shù)，所述光譜反射率重建方法包括：

13.如權(quán)利要求12所述的光譜反射率重建方法，其特征在于，所述光譜反射率函數(shù)由預(yù)設(shè)的反射率基函數(shù)及其系數(shù)確定，所述根據(jù)所述多光譜光源的光譜曲線、所述相機(jī)的光譜反應(yīng)曲線和所述m張n通道圖像計(jì)算得到所述目標(biāo)物體的光譜反射率函數(shù)，包括：

14.一種多光譜圖像合成裝置，其特征在于，包括：

15.如權(quán)利要求14所述的多光譜圖像合成裝置，其特征在于，所述光譜反射率函數(shù)由預(yù)設(shè)的反射率基函數(shù)及其系數(shù)確定，所述光譜反射率函數(shù)確定模塊根據(jù)所述多光譜光源的光譜曲線、所述相機(jī)的光譜反應(yīng)曲線和所述m張n通道圖像計(jì)算得到所述目標(biāo)物體的光譜反射率函數(shù)，包括：

16.一種光譜反射率重建裝置，其特征在于，用于獲取目標(biāo)物體的光譜反射率函數(shù)，所述光譜反射率重建裝置包括：

17.一種多光譜圖像合成系統(tǒng)，其特征在于，包括：

18.一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其特征在于，所述介質(zhì)上存儲(chǔ)有程序，所述程序能夠被處理器執(zhí)行以實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1至11中任一項(xiàng)所述的多光譜圖像合成方法或如權(quán)利要求12至13中任一項(xiàng)所述的光譜反射率重建方法。

技術(shù)總結(jié)
一種光譜反射率重建方法及多光譜圖像合成方法、裝置和系統(tǒng)，其中多光譜圖像合成方法包括：使用多光譜光源向目標(biāo)物體分多次投射不同波段的單色光，每次投射后觸發(fā)相機(jī)拍攝目標(biāo)物體的圖像，獲得對(duì)應(yīng)于每個(gè)波段的圖像；根據(jù)多光譜光源的光譜曲線、相機(jī)的光譜反應(yīng)曲線和獲得的多張圖像計(jì)算得到目標(biāo)物體的光譜反射率函數(shù)；利用目標(biāo)物體的光譜反射率函數(shù)計(jì)算出每個(gè)像素點(diǎn)對(duì)多個(gè)不同光譜波段的反射率，作為像素點(diǎn)的像素值，構(gòu)成目標(biāo)物體的多光譜圖像。本發(fā)明通過重建物體的光譜反射率函數(shù)，能夠更好地反映物體的成像特性，使得得到的多光譜圖像能夠更真實(shí)地反映物體本身的成像效果。

技術(shù)研發(fā)人員：魏宇明,黃濤,楊洋,翟愛亭
受保護(hù)的技術(shù)使用者：深圳市華漢偉業(yè)科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/10