[發(fā)明專利]一種基于光源篩選的光譜重建方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910971044.1
• 申請(qǐng)日: 2019-10-14
• 公開（公告）號(hào): CN110926608B
• 公開（公告）日: 2022-03-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳光遠(yuǎn)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 齊魯工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G01J3/28
• 分類號(hào): G01J3/28;G01N21/31
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明提供了一種基于光源篩選的光譜重建方法，其特征在于，包括以下步驟：根據(jù)不同參考光源的光譜功率分布特點(diǎn)，利用光譜匹配方法獲得篩選光源；然后在篩選光源下通過數(shù)字成像設(shè)備獲得訓(xùn)練樣本集和測(cè)試樣本的多光源色度值；接著充分考慮測(cè)試樣本的特征，選擇一定數(shù)量與測(cè)試樣本空間結(jié)構(gòu)相近的訓(xùn)練樣本進(jìn)行局部樣本加權(quán)，最后通過線性模型法計(jì)算得到測(cè)試樣本的光譜反射率。因此，本發(fā)明提供了一種篩選參考光源、考慮局部樣本加權(quán)策略的多光源光譜重建方法，計(jì)算簡(jiǎn)單，光譜重建精度高，并且相對(duì)用戶使用而言也較為方便。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種光譜重建方法，具體涉及到一種基于光源篩選的多光源光譜重建方法，可廣泛應(yīng)用于遠(yuǎn)程醫(yī)療、紡織顏色、印刷檢測(cè)、藝術(shù)品復(fù)制及電子商務(wù)等領(lǐng)域。

背景技術(shù)

物體的光譜反射率被稱為物體“指紋”，它能夠準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)物體在任何環(huán)境和觀察條件下物體顏色外貌。通過物體的光譜反射率最準(zhǔn)確地和最有效地展示物體顏色信息是非常有必要的，這是因?yàn)樵谶h(yuǎn)程醫(yī)療、印刷檢測(cè)、藝術(shù)品復(fù)制以及電子商務(wù)等領(lǐng)域?qū)︻伾佻F(xiàn)要求非常高。正常來說，分光光度計(jì)和多光譜相機(jī)可以直接測(cè)量物體表面的光譜反射率；但是這些設(shè)備的便攜性、復(fù)雜性和價(jià)格性都限制其自身的可用性。而最常用地色度值則可以很容易地通過數(shù)碼相機(jī)、手機(jī)和色度計(jì)測(cè)量。

色度值如RGB值或CIE XYZ值，僅是通過三通道記錄固定觀察條件下的物體顏色信息。在許多場(chǎng)景下這樣表達(dá)顏色信息是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，這是因?yàn)轭伾畔?yán)重依賴于光源光譜。因此色度值一直隨著光源的不同而顯著地改變。盡管色度值通過物體光譜反射率唯一計(jì)算得到，但是通過色度值計(jì)算得到物體光譜反射率是欠定方程問題。許多不同的光譜重建計(jì)算方法現(xiàn)已得到廣泛地應(yīng)用，例如偽逆法(PI)、主成分分析法(PCA)、R矩陣法、非負(fù)矩陣分解(NNMF)、模擬退火法、壓縮感知法、單純形方法等。在所有這些方法，偽逆法是光譜重建方法中最簡(jiǎn)單和最直接的光譜重建方法，能夠從本質(zhì)上反映色度信息和物體光譜反射率之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，所以在光譜重建方法中得到了廣泛地應(yīng)用。

事實(shí)上，通過一組在固定光源環(huán)境下的色度值被限制到三維信息進(jìn)行光譜重建，這樣會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)相對(duì)較大地光譜重建誤差。基于多光源的光譜重建方法已經(jīng)引起了一些研究者的廣泛地重視。Schettini等人在基向量和基數(shù)確定的前提下在一個(gè)或多個(gè)光源環(huán)境下基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法計(jì)算光譜重建。Abed等人提出了在D65光源和A光源環(huán)境下使用插值策略的查找表法進(jìn)行光譜重建。Harifi等人首先應(yīng)用非線性回歸法去增加一組色度值，然后通過六維特征向量計(jì)算光譜重建。Amiri等人通過已知CIE XYZ值計(jì)算得到其它光源下的CIE XYZ值，這時(shí)分別應(yīng)用PCA或NNMF計(jì)算六維色度值下的光譜重建。Zhang等人最先通過相機(jī)響應(yīng)值預(yù)測(cè)不同光源下的CIE XYZ值，這時(shí)使用PI重建出光譜反射率。光譜重建精確程度受到選擇參考光源(Reference Illuminants)(例如A光源和D65光源)的數(shù)量和類型的影響。對(duì)于參考光源的數(shù)量，理論上來說增加參考光源的數(shù)量，光譜重建精度會(huì)增加；但是對(duì)于獲取色度值的設(shè)備來說，增加額外的色度值將會(huì)不容易獲取。同時(shí)，根據(jù)RaimondoSchettini和Silvia Zuffi的結(jié)論，在三個(gè)光源情況下光譜重建精度并不比在兩個(gè)光源情況下光譜重建精度提高多少。對(duì)于參考光源的類型，參考光源的類型選擇光譜功率分布(Spectral Power Distributions)連續(xù)且光滑，沒有刺狀輻射(Spiky Radiance)。正如Zhang等人之前討論的，一種趨勢(shì)被觀察到，當(dāng)兩個(gè)光源的光譜功率分布曲線越相似，光譜重建精度越低；該假設(shè)缺少一個(gè)明確地?cái)?shù)學(xué)解釋來證實(shí)。

上述光譜重建方法都是建立在預(yù)先確定好的參考光源下，并在多光源光譜重建過程中公平地對(duì)待每一個(gè)訓(xùn)練樣本。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為了彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供了一種重建精度高、計(jì)算簡(jiǎn)單、篩選參考光源、考慮局部樣本加權(quán)策略的多光源光譜重建方法。

本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種基于光源篩選的光譜重建方法，其特征是，包括以下步驟：