[發明專利]一種基于多光譜檢測的波段選擇方法

有效

• 申請號: 201310025390.3
• 申請日: 2013-01-23
• 公開（公告）號: CN103234915A
• 公開（公告）日: 2013-08-07
• 發明（設計）人: 侯亞麗;郝曉莉;郭長青;王悅揚;袁雪;陳后金;蔡伯根
• 申請（專利權）人: 北京交通大學
• 主分類號: G01N21/25
• 分類號: G01N21/25
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及多光譜圖像的成像設備和信息處理方法，更具體的說，本發明針對多光譜圖像中，物體的反射率的獲取，以及選擇合適光譜波段進行多光譜圖像的采集和處理等情況下的成像設備和信息處理方法。

背景技術

近些年來，多光譜圖像處理技術應用在很多方面，例如目標檢測和識別，特征提取和圖像增強等。多光譜的波長范圍可從400nm達到2000nm左右，從而造成成像設備復雜，獲取多光譜圖像困難等情況，因此波段選擇作為一種選取合適的波段的方法成為多光譜檢測的重要部分之一，這不僅可以簡化多光譜的成像系統，降低拍攝多光譜圖像時的工作量，而且可以允許多光譜設備進行連續的視頻采集，進行實時的視頻檢測。目前，波段選擇的方法可以歸為兩類。一種最直接的方法是將所有可能的波段組合分別測試檢測結果的準確性，并比較每種多光譜波段組合的檢測結果，最終選出最優的那個波段組合。這種方法的優點是一定能夠選出最優的波段組合用于多光譜檢測，然而它的缺點也是顯而易見的，拍攝過程耗時長，數據處理復雜度高，計算量大等。另一種波段選擇的方法是SFS，也是最常用的波段選擇的方法。通過減少搜索空間，該算法的效率非常高。該算法的思想是迭代計算和距離度量。前一個選擇的波段會與其他波段結合，用聯合距離度量，具有最大聯合距離的波段組合作為波段選擇的結果。直到選擇的波段組合達到理想的檢測結果為止。但是，隨著波段的增加，在高維空間距離度量的計算量也迅速增長。

多光譜圖像的優勢在于能夠很好的體現不同物體在各個波段下具有獨特的特性，其原因是物體的反射率在不同波段下表現不同。如圖一，人體皮膚反射率在紫外部分反射率較低，繼而隨波長的增加反射率增大，在575nm處有“W”形狀。皮膚反射率在800nm處達到峰值，在900nm處會出現下降，在達到最小值后又重新增大但增大幅度很小。PVC和硅膠材料的反射率在400nm到600nm段增長迅速，在700nm到900nm保持平穩，900nm以后又出現下降。紙質材料在600nm到800nm波段增長迅速，800nm到1000nm保持平穩。利用這些多光譜下的物體的反射率特性，我們可以提取多光譜下的物體特征，進行圖像檢測和識別等處理。

[引用列表]

[非專利文獻]

1、Elli?Angelopoulou，“Understanding?the?color?of?human?skin”，Computer?Science?Dept.,Stevens?Institute?of?Technology,?Castle?Point?on?Hudson,?Hoboken,?NJ?07030,?USA

索尼公司在201080002426提出一種使用多頻帶近紅外照明條件下皮膚檢測的系統及方法。該方法用攝像機在兩個近紅外波段拍攝兩個不同近紅外波段的圖像，根據兩幅圖像之間的差異，生成二值化的皮膚圖像，通過二值化的皮膚圖像在原始圖像中提取皮膚區域。該方法主要用于計算機數據錄入時對坐在計算機屏幕前的數據錄入人員的皮膚（手）的提取，無法應用于大范圍、復雜場景下的皮膚檢測。而且，該方法沒有定量給出如何選擇合適的波段進行多光譜成像的方法。

因此考慮到上述情況，需要設計一種多光譜成像系統獲得多光譜圖像，同時提出一種簡單有效的波段選擇方法去選擇合適的波段進行多光譜圖像的采集，以及后續的圖像處理。

發明內容

在本發明的系統，方法和硬件實現描述前，需要聲明的是本發明并不局限于說明書所描述的關于波段選擇的方法下的實例，可有多個沒有在本文中說明的可能實例。并且，本文所采用的波長范圍并不局限于所應用的范圍，波長范圍可以涉及其他未提出的波段。

本發明提供了一種多光譜成像系統，該系統成本低，實現簡單，并且獲取的多光譜圖像質量滿足數據分析和處理的條件。如圖二，本成像系統主要包括一臺高功率的全光譜氙燈光源，31個不同波段的窄帶濾光片，一個黑白攝像頭，一臺計算機，一個PWM控制模塊以及一個PTFE白板。高功率的氙燈作為一個全光譜的主動光源，31個窄帶濾光片能夠用于多光譜成像，拍攝時需將濾光片依次放在攝像頭前面。攝像頭能夠獲取單通道的多光譜圖像。計算機用于圖像的保存和處理，PWM控制模塊用于調節光源電壓。PTFE白板作為參考物用于計算物體的反射率。