[發(fā)明專利]一種基于自適應(yīng)加權(quán)線性回歸的光譜估計方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010501543.7
• 申請日: 2020-06-04
• 公開（公告）號: CN111750992B
• 公開（公告）日: 2022-10-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 梁金星;袁理;胡新榮;何儒漢;吳曉堃;何凱;劉軍平;彭濤;熊明福;陳常念
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢紡織大學(xué)
• 主分類號: G01J3/28
• 分類號: G01J3/28
• 代理公司: 武漢科皓知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 王琪

本發(fā)明的技術(shù)方案為一種基于自適應(yīng)加權(quán)線性回歸的光譜估計方法。本發(fā)明以線性化的偽逆求解算子為基礎(chǔ)，利用齊次多項式對相機(jī)數(shù)字響應(yīng)值進(jìn)行擴(kuò)展，利用Tikhonov正則化方法對方法進(jìn)行正則化約束，首先建立基于全局訓(xùn)練模式的光譜估計方法，能夠保證光譜估計矩陣在不同曝光水平下的單應(yīng)性，并以此為基礎(chǔ)，依據(jù)訓(xùn)練樣本對光譜估計精度的影響機(jī)理，在求解光譜估計矩陣時進(jìn)一步引入高斯加權(quán)方法，得到基于自適應(yīng)加權(quán)訓(xùn)練模式的光譜估計方法，從而保證光譜估計矩陣的自適應(yīng)求解，提高光譜估計精度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于計算機(jī)數(shù)字圖像處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于自適應(yīng)加權(quán)線性回歸的光譜估計方法。

背景技術(shù)

物體表面的光譜反射率(簡稱光譜)，用于表征物體表面的出射光輻射相對于入射光輻射在各個波段的比值，對于無特殊表界面屬性的物體而言，光譜能夠反映物體自身對輻射能量的吸收與反射特性，是物體本身物化屬性的主要特征之一，在可見光范圍內(nèi)，光譜是顏色信息的指紋，依據(jù)色度學(xué)原理，通過對光源的相對光譜功率分布、光譜和顏色匹配函數(shù)進(jìn)行積分運算，可獲得物體表面的顏色信息。光譜測量是光譜應(yīng)用的基礎(chǔ)，傳統(tǒng)光譜測量設(shè)備主要有分光光度計和光譜相機(jī)等，通過分光的方式逐波段記錄物體表面的光譜數(shù)據(jù)，雖然這些設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)光譜的準(zhǔn)確測量，但分光光度計為單點測量，難以面向細(xì)小不規(guī)則物體、不可接觸或容易產(chǎn)生形變物體應(yīng)用，光譜相機(jī)雖然能夠克服基于單點測量方式的局限性，但存在幾何精度差、空間分辨率低和系統(tǒng)的應(yīng)用靈活性差等局限性，而且以上光譜測量設(shè)備的價格昂貴，難以實現(xiàn)普適性推廣應(yīng)用。

面對傳統(tǒng)光譜測量設(shè)備的局限性，學(xué)者們提出了基于數(shù)碼相機(jī)的成像式光譜測量新技術(shù)，即利用數(shù)碼相機(jī)獲取物體表面的數(shù)字圖像，以數(shù)碼相機(jī)線性化成像模型和病態(tài)逆問題求解理論為基礎(chǔ)，通過對數(shù)碼相機(jī)進(jìn)行光譜特性化校正，實現(xiàn)對物體表面光譜的計算測量。該項技術(shù)能夠克服傳統(tǒng)設(shè)備在測量方式上的局限性，實現(xiàn)基于像素級別和高空間分辨率的光譜測量，總體上具有設(shè)備廉價、成像快速、使用靈活等特點，在顏色科學(xué)、計算機(jī)視覺、生物醫(yī)療、文物保護(hù)和環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域具有重要科學(xué)應(yīng)用價值，成為近些年的熱點研究方向。

對基于數(shù)碼相機(jī)的光譜測量而言，由低維度數(shù)字響應(yīng)值計算高維度光譜數(shù)據(jù)是病態(tài)線性逆問題的求解，現(xiàn)有光譜算法主要采用響應(yīng)值非線性擴(kuò)展提高光譜估計的精度，如Connah(Connah D,Hardeberg J.2005,Proc Spie 5667)、Xiao(Xiao K,Zhu Y,Li C,etal.Optics Express,2016,24(13):14934-14950)、Zhang(Zhang X,Wang Q,Li J,etal.Color ResearchApplication,2017,42(1):68-77)和Liang(Liang J,Wan X.OpticsExpress,2017,25(23):28273-28287)等人的研究，均采用了非線性多項式擴(kuò)展回歸方法，而Finlayson等人的研究表明，基于非線性求解的光譜估計方法具有曝光變化敏感性，導(dǎo)致光譜估計矩陣在不同曝光水平下缺乏通用性，限制了方法的實際應(yīng)用性能。另外，對基于數(shù)碼相機(jī)的光譜測量而言，通常訓(xùn)練樣本與測量對象的光譜或色度越接近，光譜測量越準(zhǔn)確，但現(xiàn)有大多數(shù)方法主要采用全局訓(xùn)練方式對測量對象進(jìn)行光譜估計，限制了光譜估計的精度，如Connah和Xiao等人的研究，Zhang等人提出了基于局部回歸的光譜估計方法，提升了光譜估計的精度，但缺乏對樣本的加權(quán)處理，Liang等人提出了基于局部訓(xùn)練樣本選擇和反距離加權(quán)的光譜估計方法，但訓(xùn)練樣本選擇和加權(quán)是兩個獨立的步驟，且缺乏針對不同測量對象應(yīng)用的自適應(yīng)性，仍然制約著光譜估計的精度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了解決背景技術(shù)中所述問題，提出一種基于自適應(yīng)加權(quán)線性回歸的光譜估計方法。