高光谱高空间分辨率的图像获取方法及装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及图像视频处理【技术领域】，公开了一种高光谱高空间分辨率的图像获取方法及装置，该方法包括以下步骤：获取同一场景的高空间分辨率的RGB图和高光谱分辨率的灰度图，其中RGB图为全区域采样图像，灰度图为经过均匀分布矩形孔洞掩膜的部分采样图像；将RGB图与灰度图对齐并叠加，得到综合图像；对于综合图像上的、在灰度图中有采样信息的像素点，直接从灰度图中获取像素点的光谱信息；对于综合图像上的、灰度图中的采样信息缺失的像素点，应用基于双边滤波的光谱传播算法计算像素点的光谱信息。本发明能够获得兼有高光谱分辨率和高空间分辨率的图像，并且具有算法简便，实时快捷的优点。
【专利说明】高光谱高空间分辨率的图像获取方法及装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及图像视频处理【技术领域】，具体涉及一种高光谱高空间分辨率的图像获取方法及装置。
【背景技术】
[0002]目前大多数成像摄影技术都是基于红、绿、蓝三色信息对于场景影像进行记录的，虽然三色传感成像技术符合人类视觉系统的成像需求，然而从物理原理的角度出发，现实场景并非只有三色信息这么简单。实际光源发出或经物体反射的场景光线具有丰富的波长，其中可见光覆盖从390nm直至780nm的广泛区域，这段波长范围内光线光强的分布包含了大量的信息，能够有效地反映出光源、物体以及场景的自然属性。
[0003]传统彩色相机的三通道采集可以看作是光线光谱在对应三种颜色的传感器响应的积分曲线上进行积分量化的结果，但正是这一积分的过程带来了光谱信息的大量丢失。所以，与此对应，光谱测量着眼于获取此过程中丢失的光谱信息。
[0004]早期的光谱仪，如基于空间扫描或光谱扫描的成像仪器，着重于提高光谱信息的分辨率，但是受限于对单束光线的捕捉。近年来，光谱采集的科学研究才进一步实现了在时间分辨率上的突破，涌现出如基于断层扫描、基于编码光圈和基于掩膜棱镜分光等多种高光谱采集技术，能完成对于高分辨率的光谱视频的采集，为匹配工农业实际应用和科研需求奠定了技术原理基础。
[0005]由光学成像元件、空间采样装置(如掩膜、狭缝等，本发明以掩膜为例进行介绍)、分光器件(棱镜、光栅等，本发明以棱镜为例进行介绍)、传感器(本发明以灰度相机为例进行介绍)等构成的前置系统可以通过对物体的拍摄获得所拍物体的降低空间分辨率、包含丰富光谱信息(高光谱分辨率)的视频。使用分光装置使RGB相机与灰度相机捕获到相同的场景，可以获得高空间分辨率、低光谱分辨率的视频。将两路视频进行实时对准和计算融合，便可以得到高空间分辨率、高光谱分辨率的视频。如何进行快速、准确地计算融合，仍然是一个难题。因此，这方面的研究具有重要且广泛的应用价值。
【发明内容】
[0006]本发明旨在至少解决现有技术中存在的高光谱分辨率和高空间分辨率难以同时获取的难题。
[0007]为此，本发明的一个目的在于提出一种高光谱高空间分辨率的图像获取方法。
[0008]本发明的另一目的在于提出一种高光谱高空间分辨率的图像获取装置。
[0009]为了实现上述目的，根据本发明一个方面的实施例的高光谱高空间分辨率的图像获取方法，包括以下步骤:获取同一场景的高空间分辨率的RGB图和高光谱分辨率的灰度图，其中所述RGB图为全区域采样图像，所述灰度图为经过均匀分布矩形孔洞掩膜的部分采样图像；将所述RGB图与所述灰度图对齐并叠加，得到综合图像；对于所述综合图像上的、在所述灰度图中有采样信息的像素点，直接从所述灰度图中获取所述像素点的光谱信息；对于所述综合图像上的、所述灰度图中的采样信息缺失的像素点，应用基于双边滤波的光谱传播算法计算所述像素点的光谱信息。
[0010]根据本发明实施例的高光谱高空间分辨率的图像获取方法，获得RGB图和灰度图对齐后的综合图像之后，对综合图像应用基于双边滤波的光谱传播算法，得到各像素点的光谱信息。该方法克服了光谱成像领域难以同时获取高空间分辨率和高光谱分辨率难题，对光谱成像的发展具有重要指导意义；所需要的设备较为简单，成本小，在集成化后便于进行工业生产。
[0011]另外，本发明实施例的高光谱高空间分辨率的图像获取方法还具有如下附加技术特征:
[0012]在本发明的一个实施例中，所述对于所述综合图像上的、在所述灰度图中有采样信息的像素点，直接从所述灰度图中获取所述像素点的光谱信息具体包括:将所述灰度图上的所述像素点进行光谱展开，得到不同波长的光对应的亮度值。
[0013]在本发明的一个实施例中，所述对于所述综合图像上的、所述灰度图中的采样信息缺失的像素点，应用基于双边滤波的光谱传播算法计算所述像素点的光谱信息具体包括:记所述综合图像上的需要求取光谱信息的目标像素点坐标为(i，j)，以(i，j)为圆心、以预设参考距离R为半径绘圆，记圆形区域为Ψ，检测到Ψ内有至少一个已知光谱信息的参考像素点k ;根据下式计算所述目标像素点的光谱信息，
【权利要求】
1.一种高光谱高空间分辨率的图像获取方法，其特征在于，包括以下步骤: 获取同一场景的高空间分辨率的RGB图和高光谱分辨率的灰度图，其中所述RGB图为全区域采样图像，所述灰度图为经过均匀分布矩形孔洞掩膜的部分采样图像； 将所述RGB图与所述灰度图对齐并叠加，得到综合图像； 对于所述综合图像上的、在所述灰度图中有采样信息的像素点，直接从所述灰度图中获取所述像素点的光谱信息； 对于所述综合图像上的、所述灰度图中的采样信息缺失的像素点，应用基于双边滤波的光谱传播算法计算所述像素点的光谱信息。
2.根据权利要求1所述的图像获取方法，其特征在于，所述对于所述综合图像上的、在所述灰度图中有采样信息的像素点，直接从所述灰度图中获取所述像素点的光谱信息具体包括: 将所述灰度图上的所述像素点进行光谱展开，得到不同波长的光对应的亮度值。
3.根据权利要求1或2所述的图像获取方法，其特征在于，所述对于所述综合图像上的、所述灰度图中的采样信息缺失的像素点，应用基于双边滤波的光谱传播算法计算所述像素点的光谱信息具体包括: 记所述综合图像上的需要求取光谱信息的目标像素点坐标为(i，j)，以(i，j)为圆心、以预设参考距离R为半径绘圆，记圆形区域为Ψ，检测到Ψ内有至少一个已知光谱信息的参考像素点k ； 根据下式计算所述目标像素点的光谱信息，
4.根据权利要求1-3所述的高光谱高空间分辨率的图像获取方法，其特征在于，以GPU为硬件计算目标像素点的光谱信息。
5.一种高光谱高空间分辨率的图像获取装置，其特征在于，包括: RGB图采集模块，用于获取高空间分辨率的RGB图，其中所述RGB图为全区域采样图像； 灰度图采集模块，用于获取高光谱分辨率的灰度图，其中所述灰度图为经过均匀分布矩形孔洞掩膜的部分采样图像； 对齐叠加模块，所述对齐叠加模块分别与所述RGB图采集模块和灰度图采集模块相连，用于将所述RGB图与所述灰度图对齐并叠加，得到综合图像； 光谱信息计算模块，所述光谱信息计算模块与所述对齐叠加模块相连，用于对于所述综合图像上的、所述灰度图中的采样信息缺失的像素点，应用基于双边滤波的光谱传播算法计算所述像素点的光谱信息； 输出模块，所述输出模块分别与所述对齐叠加模块和光谱信息计算模块相连，对于所述综合图像上的、在所述灰度图中有采样信息的像素点，所述输入模块从所述对齐叠加模块读取所述像素点的光谱信息并输出，对于所述综合图像上的、所述灰度图中的采样信息缺失的像素点，所述输入模块从所述光谱信息计算模块读取所述像素点的光谱信息计算结果并输出。
6.根据权利要求5所述的高光谱高空间分辨率的图像获取装置，其特征在于，所述对于所述综合图像上的、在所述灰度图中有采样信息的像素点，直接从所述对齐叠加模块读取所述像素点的光谱信息具体包括: 将所述灰度图上的所述像素点进行光谱展开，读取不同波长的光对应的亮度值。
7.根据权利要求5或6所述的高光谱高空间分辨率的图像获取装置，其特征在于，所述光谱信息计算模块具体包括: 参考区域界定子模块，用于界定所述综合图像上的需要求取光谱信息的目标像素点坐标为(i，j )的参考区域，即以(i，j )为圆心、以预设参考距离R为半径绘圆，记圆形区域为Ψ，检测出Ψ内有至少一个已知光谱信息的参考像素点k ; 计算子模块，所述计算子模块用于根据下式计算所述目标像素点的光谱信息，
8.根据权利要求5-7所述的高光谱高空间分辨率的图像获取装置，其特征在于，所述计算子模块中，以GPU为硬件计算目标像素点的光谱信息。
【文档编号】G01J3/28GK103884427SQ201410088267
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2014年3月11日 优先权日:2014年3月11日
【发明者】戴琼海, 郭超亚, 王好谦 申请人:清华大学, 清华大学深圳研究生院