一种利用多光谱相机双光源响应值获取光谱反射比的方法

摘要

本发明公开了一种利用多光谱相机双光源响应值获取光谱反射比的方法，获得物体光谱反射比可以实现高精度的颜色测量，且能够忠实复现物体在任意光源下的颜色。首先利用训练样本建立多光谱相机每个通道在两种光源下响应值之间的函数关系，然后在一种光源下拍摄目标样本，并利用之前建立的两种光源下的通道响应值函数关系以及该光源下的所有通道响应值，计算出另一种光源下的全部通道响应值，从而利用两种光源下的多通道响应值获取物体表面的光谱反射比，显著增加了可利用的目标样本的响应值信息，提高了光谱反射比的获取精度，同时不需要在另一种光源下实际拍摄目标样本，简化了操作，提高了效率。

主权项

一种利用多光谱相机双光源响应值获取光谱反射比的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)利用训练样本建立两种光源下多光谱相机通道响应值之间的函数关系。具体包括以下子步骤：(1.1)在第一种光源a下和第二种光源b下分别用多光谱相机拍摄训练样本。采用包含各种颜色块的标准色卡作为训练样本，将标准色卡以45/0照明与测量几何条件放置于光源a下，用多光谱相机的所有通道拍摄标准色卡，提取光源a下标准色卡的全部通道响应值P_a为n行q列的矩阵，其中n为标准色卡上的色块数，q为多光谱相机通道的数量，每一行表示一个色块对应的q个通道的响应值，每一列表示一个通道输出的n个色块的响应值。再将标准色卡以同样的照明与测量几何条件放置于光源b下进行拍摄，提取标准色卡在光源b下全部通道的响应值P_b也为n行q列的矩阵。(1.2)建立每一个通道在a和b两种光源下响应值之间的函数关系。假设p_a1和p_b1分别为矩阵P_a的第1列和P_b的第1列，分别表示标准色卡在a和b光源下第1个通道的n个色块的响应值。通过二次多项式拟合光源b下第1个通道的响应值p_b1与光源a下第1个通道响应值p_a1之间的关系，即p_b1＝k₀+k₁*p_a1+k₂*p_a1²利用p_a1和p_b1，通过最小二乘法求解上述多项式的系数k＝[k₀,k₁,k₂]，即k＝(C^TC)^‑1C^Tp_b1其中，为含有n个元素都为1的列向量，为矩阵或向量的Hadamard积。用上述同样的方法，类似地可以求出其余q‑1个通道在b光源下的响应值与在a光源下的响应值之间的二次多项式函数。(2)计算光谱反射比与多通道响应值之间的转换矩阵。用分光光度计测量标准色卡中所有色块的光谱反射比R为n行m列的矩阵，其中n为标准色卡上的色块数，m为光谱反射比的维数。根据两种光源下通道响应值之间的二次多项式函数，利用标准色卡在光源a下的响应值P_a计算出其在光源b下的通道响应值则标准色卡在两种光源下的所有通道的响应值为然后，由最小二乘法计算从多通道响应值到光谱反射比的转换矩阵M，即$M=R^T{\hat{P}}_{ab}{\left({{\hat{P}}_{ab}}^T{\hat{P}}_{ab}\right)}^{-1}$(3)在光源a下拍摄目标样本，并计算目标样本的光谱反射比。在光源a下，用多光谱相机拍摄目标样本，得到目标样本在光源a下的通道响应值P_at,然后根据步骤(1)中光源b下通道响应值与光源a下通道响应值之间的二次多项式函数，计算出目标样本在光源b下的通道响应值则目标样本在两种光源下的通道响应值为最后，根据步骤(2)中多通道响应值到光谱反射比的转换矩阵M,计算出目标样本的光谱反射比${\hat{R}}_t={\left(M{\hat{P}}_{abt}^T\right)}^T.$