[發明專利]一種重構藝術繪畫光譜圖像的訓練樣本選擇方法

有效

• 申請號: 201710173670.7
• 申請日: 2017-03-22
• 公開（公告）號: CN106841055B
• 公開（公告）日: 2019-06-14
• 發明（設計）人: 徐海松;徐鵬;葉正男
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01N21/27
• 分類號: G01N21/27
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 劉靜;邱啟旺

本發明公開了一種重構藝術繪畫光譜圖像的訓練樣本選擇方法。首先拍攝繪畫多光譜圖像，將坐標紙緊貼于繪畫表面，拍攝多光譜圖像。根據繪畫的多通道響應值將多光譜圖像劃分成若干類，每類中選擇一個訓練樣本。在坐標紙上標記出訓練樣本。利用光譜輻射計間接測量訓練樣本的光譜反射比，用相機從光譜輻射計目鏡拍攝其圓形測量區域的坐標紙圖像，提取光譜輻射計測量區域的圓心和半徑，確定光譜輻射計測量區域在繪畫多光譜圖像上的對應區域，取該區域內所有像素多通道響應值的平均值作為訓練樣本的多通道響應值。該方法從畫作自身提取訓練樣本，減小了訓練樣本與繪畫材質不一致對光譜重構的影響，提高了藝術繪畫的光譜圖像重構精度。

技術領域

本發明涉及成像式獲取藝術繪畫光譜及色度信息的方法，尤其是利用具有多個可見光波段通道的多光譜相機獲取藝術繪畫的反射光譜信息以進一步獲取其色度信息的方法。

背景技術

由于同色異譜現象的存在，物體的色度參數難以可靠表征物體的本源信息，而物體的光譜反射比是設備無關且與捕獲光源無關的物理量，可以表征物體的本源信息。因此，準確重構出藝術繪畫的光譜反射比可以實現其高精度的數字化保存，且可以忠實復現其在任意光源下的顏色外貌。

現有的光譜重構算法多是基于訓練樣本的，即利用訓練樣本建立相機響應值與光譜反射比之間的轉換關系。但研究發現，當訓練樣本與目標對象的材質不一致時，光譜重構效果會嚴重劣化，且對于珍貴的藝術繪畫其材質可能是不可知的，因此用常規的商用色卡做訓練樣本勢必會導致光譜重構精度的下降。

發明內容

為了降低訓練樣本與藝術繪畫材質不一致引起的光譜重構精度劣化，本發明提出了一種重構藝術繪畫光譜圖像的訓練樣本選擇方法。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：一種重構藝術繪畫光譜圖像的訓練樣本選擇方法，包括以下步驟：

(1)用多光譜相機拍攝繪畫的多光譜圖像I_p，保持多光譜相機位置不變，將坐標紙緊貼于繪畫表面，拍攝坐標紙的多光譜圖像I_c。

(2)利用k-means聚類算法對繪畫的多通道響應值聚類，將繪畫的多光譜圖像聚成若干類，在每一類中選擇與類內其它樣本最接近的樣本作為一個訓練樣本。

(3)將訓練樣本在繪畫多光譜圖像上的位置映射到坐標紙多光譜圖像上，根據訓練樣本在坐標紙多光譜圖像上的位置，在坐標紙上標記出訓練樣本。

(4)用光譜輻射計對準一個訓練樣本在坐標紙上的位置，保持光譜輻射計位置不變，將坐標紙一端固定，另一端掀起至露出畫作上訓練樣本的位置，用光譜輻射計測量該位置的光譜輻亮度s_t，放下坐標紙；然后，從光譜輻射計目鏡用相機拍攝其圓形測量區域在坐標紙上的圖像I_t，將已知光譜反射比r_r的參考白板放在坐標紙上光譜輻射計測量位置，測量參考白板在該位置的光譜輻亮度s_r，則該位置的訓練樣本的光譜反射比r_t＝s_t·*r_r·/s_r,‘·*’表示兩向量對應元素相乘，‘·/’表示兩向量對應元素相除。用相同方法測量并計算出所有樣本的光譜反射比。

(5)利用圓形Hough變換在圖像I_t上提取光譜輻射計測量區域的圓心和半徑，并映射到坐標紙多光譜圖像I_c上，再進一步映射到繪畫多光譜圖像I_p上，由此計算多光譜圖像I_p上對應光譜輻射計測量區域內所有像素的多通道響應值的平均值，并作為訓練樣本的多通道響應值。

(6)利用所有訓練樣本的光譜反射比及多通道響應值，建立多通道響應值到光譜反射比的轉換關系，從而計算出繪畫多光譜圖像I_p上每一個像素的光譜反射比，由此重構出繪畫的光譜圖像。