[發(fā)明專利]便攜式濾光片色輪型多光譜成像系統(tǒng)及其光譜圖像處理方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310222379.6
• 申請日: 2013-06-04
• 公開（公告）號: CN103308466A
• 公開（公告）日: 2013-09-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 雷鵬;呂少波;張勇喜;李野;陰曉俊;高鵬;趙帥鋒;王銀河;肖麗蓮;費(fèi)書國
• 申請（專利權(quán)）人: 沈陽儀表科學(xué)研究院有限公司
• 主分類號: G01N21/27
• 分類號: G01N21/27
• 代理公司: 沈陽亞泰專利商標(biāo)代理有限公司 21107
• 代理人: 郭元藝

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬光譜成像技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種便攜式濾光片色輪型多光譜成像系統(tǒng)及其光譜圖像處理方法。

背景技術(shù)

光譜成像技術(shù)是光譜分析技術(shù)和圖像分析技術(shù)完美結(jié)合的產(chǎn)物，不僅具有光譜分辨能力，還有圖像分辨能力，可以對被測物體進(jìn)行定性、定量和定位分析，利用物體表面成分的光譜差異，可以實現(xiàn)對目標(biāo)的精確識別和定位。

多光譜成像技術(shù)是光譜成像技術(shù)其中的一種，光譜分辨率達(dá)到λ/10數(shù)量級，主要由光譜分光系統(tǒng)、成像系統(tǒng)和光譜處理分析軟件構(gòu)成。關(guān)鍵部件分光系統(tǒng)的分光方式有以下幾種：1.色散型，采用棱鏡或光柵分光原件。2.傅立葉變換型，利用光譜像元干涉圖與光譜圖之間的傅里葉變換關(guān)系，通過測量干涉圖和對干涉圖進(jìn)行傅立葉變換來獲得物體的光譜信息。3.濾光片型，通過光學(xué)帶通濾光片使來自場景光譜的一個窄波段透射到單個探測器或者整個焦平面探測器陣列上以進(jìn)行光譜成像。以上幾種分光方式各有利弊，但以光學(xué)干涉濾光片為分光濾光方式的色輪型多光譜成像系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，成本較低，容易實現(xiàn)，在農(nóng)產(chǎn)品檢測、食品安全檢測等領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有技術(shù)的不足之處而提供一種結(jié)構(gòu)緊湊，成本低廉，方便攜帶，可用于戶外測量，適用范圍廣泛的便攜式濾光片色輪型多光譜成像系統(tǒng)。

本發(fā)明還提供一種與上述便攜式濾光片色輪型多光譜成像系統(tǒng)配套的光譜圖像處理方法。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的。

便攜式濾光片色輪型多光譜成像系統(tǒng)，它包括成像儀鏡頭、濾光片色輪、步進(jìn)電機(jī)、濾光片組、黑白圖像傳感器CCD、控制模塊及光譜圖像處理分析模塊；所述濾光片色輪位于成像儀鏡頭與黑白圖像傳感器CCD之間；所述濾光片組固定設(shè)于濾光片色輪之上，其將被測物體反射光譜進(jìn)行逐波段過濾，經(jīng)所述黑白圖像傳感器CCD成像后，形成不同波段的光譜圖像；所述步進(jìn)電機(jī)的動力輸出軸將旋轉(zhuǎn)動力傳輸至濾光片色輪；所述控制模塊的信號傳輸端口分別與步進(jìn)電機(jī)、黑白圖像傳感器CCD及光譜圖像處理分析模塊的信號傳輸端口相接。

作為一種優(yōu)選方案，本發(fā)明所述黑白圖像傳感器CCD內(nèi)置有A/D轉(zhuǎn)換卡，以使各波段光譜信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字電信號。

進(jìn)一步地，本發(fā)明所述濾光片色輪包括Q個相同直徑的圓孔通道；所述濾光片組固定嵌于圓孔通道中。

進(jìn)一步地，本發(fā)明所述黑白圖像傳感器CCD可采用USB2.0接口。

上述便攜式濾光片色輪型多光譜成像系統(tǒng)的光譜圖像處理方法，可按如下步驟實施。

（1）多波段圖像融合為一個多光譜圖像文件。

（2）類別定義。

（3）選擇訓(xùn)練樣本及類別分類。

（4）光譜特征的選擇。

（5）光譜特征的提取。

（6）光譜反射率重建。

作為一種優(yōu)選方案，本發(fā)明所述步驟（1）中，被測物體反射光經(jīng)多個濾光片濾光形成與濾光片波段一一對應(yīng)的多個波段的灰度圖像，使用圖像邏輯鏈接方法將多個波段灰度圖像融合為一個多光譜圖像文件。

作為另一種優(yōu)選方案，本發(fā)明所述步驟（2）中，根據(jù)應(yīng)用目的、圖像數(shù)據(jù)特性以及所期望的檢測對象在圖像中的特征分布，對所述多光譜圖像文件進(jìn)行判定，確定圖像中所包含的物質(zhì)類別并進(jìn)行定義。

進(jìn)一步地，本發(fā)明所述步驟（4）中，使用巴氏距離B以及分類錯誤概率上界ε_ij最小的判定準(zhǔn)則，對各個類別進(jìn)行兩兩組合配對，分別計算各類對的巴氏距離，選擇使錯誤概率上界之和ε_m最小的特征組合作為新的最優(yōu)特征子集。

更進(jìn)一步地，本發(fā)明所述步驟（5）中，將原始的特征空間投影到一個低維并優(yōu)化后的新特征空間內(nèi)進(jìn)行處理。

更進(jìn)一步地，本發(fā)明所述步驟（6）中，利用灰度轉(zhuǎn)換為反射率，獲得被測類別的反射率，以對其物理性質(zhì)進(jìn)行判斷。

本發(fā)明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，成本低廉，方便攜帶，可用于戶外測量，適用范圍廣泛，在農(nóng)產(chǎn)品檢測、食品安全檢測等領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。本發(fā)明的保護(hù)范圍不僅局限于下列內(nèi)容的表述。

圖1為本發(fā)明系統(tǒng)工作原理圖；

圖2為本發(fā)明系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明濾光片色輪結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明控制模塊原理示意圖；

圖5為本發(fā)明光譜圖像處理分析程序流程示意圖。