[發明專利]一種針對快速成像的八通道多光譜相機設計方法

有效

• 申請號: 201711340017.1
• 申請日: 2017-12-14
• 公開（公告）號: CN108051087B
• 公開（公告）日: 2020-02-18
• 發明（設計）人: 孫幫勇
• 申請（專利權）人: 西安理工大學
• 主分類號: G01J3/28
• 分類號: G01J3/28
• 代理公司: 西安弘理專利事務所 61214
• 代理人: 王奇

本發明公開了一種針對快速成像的八通道多光譜相機設計方法，步驟包括：1)設定八通道濾色片的透射曲線；2)設計多光譜成像的陣列分布，在相機結構中采用一個CCD，在該CCD的每個像素位置只采集一個通道的Raw數據，八個通道的濾色片排列成2×4形式，并在整個CCD表面重復排列；3)針對八通道光譜raw數據進行圖像恢復；4)對恢復后的多光譜圖像進行后處理；5)多光譜相機的特性化處理。本發明方法設計的八通道多光譜相機，相機結構簡單，占用空間小，成像時間短，成本低。

技術領域

本發明屬于快速光譜成像技術領域，涉及一種針對快速成像的八通道多光譜相機設計方法。

背景技術

多光譜圖像采用多個通道記錄和表征目標場景信息，便于從不同波段或頻率分析目標特征，因此在遙感、醫療、自然災害評估及藝術品復制等領域得到廣泛應用。自1972年NASA采用多光譜傳感器采集地球表面信息以來，如何快速、精確采集多光譜圖像一直是重要的研究熱點之一。

多光譜相機大都基于多次成像原理，以輪式光譜相機為例，其采用單個鏡頭、多組濾色片的結構，不同濾色片分布在輪式結構上，每曝光一次采用一個濾色片，然后旋轉濾色片輪進行下一個通道的成像，因此輪式光譜相機成像時間長、圖像易受到旋轉時結構振動影響。另外一類多光譜相機采用光柵或棱鏡進行分光，然后在單個CCD上多次成像或者多個CCD上成像，存在結構復雜、成本高的缺陷。

近年來，考慮到RGB數碼相機一次成像的諸多優點，人們開始研究與之結構相似的快速成像的多光譜相機。這類相機的特征是，采用單個CCD成像，CCD上面覆蓋濾色片陣列，每個像素位置對應一個通道的濾色片，然后通過demosaic算法恢復像素上其他通道值。與傳統數碼相機相比，多光譜相機的通道數較多，因此在每通道濾色片透射曲線設定、光譜陣列設計、多光譜demosaic方法等方面較為復雜。

發明內容

本發明的目的是提供一種針對快速成像的八通道多光譜相機設計方法，解決了現有技術中多光譜圖像采集速度慢、相機結構復雜及成本高的問題。

本發明所采用的技術方案是，一種針對快速成像的八通道多光譜相機設計方法，按照以下步驟實施：

步驟1、設定八通道濾色片的透射曲線

相機中的濾色片透射曲線設計成高斯分布，若光譜采集范圍為λ₁＜λ＜λ₂，則透射函數定義為：

其中，μ為光譜分布的期待值，σ為標準差；

步驟2、設計多光譜成像的陣列分布，

在相機結構中采用一個CCD，在該CCD的每個像素位置只采集一個通道的Raw數據，八個通道的濾色片排列成2×4形式，并在整個CCD表面重復排列；

步驟3、針對八通道光譜raw數據進行圖像恢復；

步驟4、對恢復后的多光譜圖像進行后處理；

步驟5、多光譜相機的特性化處理。

本發明的有益效果是，當前的超光譜和多光譜相機大都采用復雜的分光部件，占用空間大，圖像采集時間長；而本相機采用與傳統數碼相機類似的結構，配置了單個CCD，每個CCD像素位置上覆蓋單通道濾色片，因此可以實現一次曝光就可獲得完整多通道的光譜圖像，其顯著優點就是相機結構簡單，占用空間小，成像時間短，成本低。

附圖說明

圖1是本發明方法采用的各通道濾色片曲線圖；

圖2是本發明方法采用的八個通道的濾色片排列成兩行四列的示意圖；

圖3是本發明方法采用的光譜demosaic示意圖；

圖4是本發明方法采用的每個通道的模板。