一种消除材质对光谱反射率测量精度影响的方法
【专利摘要】本发明公开了一种消除材质对光谱反射率测量精度影响的方法。方法包括：分别采用多光谱成像系统和分光光度计得到得到样本测量的光谱反射率和标准的光谱反射率。利用自适应波段选择的方法得到参与校正的波段组合，并根据所得的波段组合二进制差分进化算法计算出光谱反射率的校正矩阵，从而实现光谱反射率的校正。本发明可以利用二进制差分进化算法从光谱反射率的所有采样波段中选择最合适的波段组合参与校正，相比于现有校正方法所采用的局部校正模型具有自适应的特点，从而提高了校正精度。
【专利说明】一种消除材质对光谱反射率测量精度影响的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及光谱反射率校正方法，尤其涉及一种利用自适应波段选择消除材质对光谱反射率测量精度影响的方法。
【背景技术】
[0002]多光谱成像系统通过采集物体在不同波段下的图像，可以相机的空间分辨率实现光谱测量，因此在电子档案、精细印染、彩色打印等领域得到广泛应用。光谱反射率重建是多光谱成像系统中的核心问题，其重建过程为，利用一定数量的颜色样本和光谱反射率重建算法得到系统的光谱转换矩阵。由于多光谱成像系统在几何结构和测量原理上具有特殊性，以及不同材质的BRDF之间存在差异(见附图1和2)，当重建所用的颜色样本的材质与待测样本的材质不同时，多光谱成像系统测得的光谱反射率与标准的光谱反射率之间会存在差异。传统的光谱反射率校正方法利用光谱反射率的平滑性质，仅采用局部的波段信息对光谱反射率进行校正。
[0003]多光谱成像系统测得的光谱反射率和标准的光谱反射率之间存在如下的线性转换关系:
[0004]r=:Hr
[0005]其中?是测得的光谱反射率，r是标准的光谱反射率，H是校正矩阵。Chung在文献【Improvement of inter-1nstrumental agreement for reflectance spectrophotometers, 2004, 120(6):284-292.】中提出一种校正模型，其中校正矩阵H可以表示为:
[0006]
【权利要求】
1.一种消除材质对光谱反射率测量精度影响的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤:(1)多光谱成像系统测量待测颜色样本，得到待消除材质影响的光谱反射率反；在可见光范围内的波段采样数量为31个，即待消除材质影响的光谱反射率i为31 XM的矩阵，M为待测颜色样本的数量； (2)求解多光谱成像系统的校正系数H，具体为:(2.1)分别用多光谱成像系统和分光光度计测量任意颜色样本的光谱反射率，用多光谱成像系统测量颜色样本得到的光谱反射率为?，分光光度计测量颜色样本的光谱反射率为r，光谱反射率在可见光范围内的波段采样数量为31个，即?和r均为31 X I的列向量。 (2.2)从?的31个波段中，随机选取3个波段a、b、c参与校正，波段组合用一个二进制向量表示为， X , =(0 I O 0...1 O O I)(I) _ , ^ ^ ^ ^ abc \v_Iv 〃其中i表不参与校正的波
. 31 bits段，O表示未参与校正的波段，a、b、C表示参与校正的波段的位置，0〈a、b、c〈31 ;例如X121 =(1 I I …O O O O), xr’4 =(0 I I 1...0 O O O).J^J
. 31 bits31 bits (2.3)生成一组31比特的二进制向量X，，…，\νν.Λ?}，向量的个数N通过下式计算，
Y3 V' _ N==17{2)
LUij」 其中[]代表四舍五入操作，为不同的波段组合。 (2.4)对于向量组中的任一个波段组合来说(j e I, 2，…，N)，从其余的波段组合中随机选择^ ’ P e 1，2，…，N、q e 1，2，…，N，j、P、q互不相等，根据χω/λ和得到一组交换序列Εμ， Epi = bp^bq(3) (2.5)根据交换序列中的每个交换对，分别交换波段组合X?,V,中，ap位置和a,位置、bp位置和b,位置、Cp位置和c,位置上的数值，形成一个新的波段组合'//., ’即',V, = ^ajbfj ? Epq(4) (2.6)计算两种波段组合'V,和'^的校正误差，由下式得到: /(Ω) = Σ?Γ.(?)-ΗΩ(,?)η.|(5) 其中，^为多光谱成像系统测得的第i个颜色样本的光谱反射率，r,为分光光度计测
广、得的第i个颜色样本的光谱反射率，L是在^中加入偏置项后的结果，即L= Γ/ ;L代表
VI J颜色样本的数量，i为颜色样本的序号，I i L ；n表不任一个波段,I ^ n ^ 31, Ηω (η)代表第η个波段在波段组合Ω下的校正系数，=?’比较这两种波段组合的校正误差，保留校正误差较小的波段组合。 (2.7)对向量组X中的每一个波段组合Xab。进行步骤⑷到步骤(6)的操作，完成一次迭代，生成一组新的二进制向量，对新的二进制向量组继续进行迭代操作，直至达到最大的迭代次数G。作为优选，G = 25。迭代G次后，根据公式(5)计算出二进制向量组中每一个波段组合的校正误差，将校正误差最小的波段组合作为参与第η个波段校正的波段组合，记作xWu。 (2.8)将参与第η个波段校正的波段组合带入公式(5)，利用最小二乘法计算出第η个波段的校正系数H (η)。 (2.9)对于光谱反射率的31个采样波段重复步骤(2) — (8)，得到31个参与校正的波段组合以及相应的校正系数。 (3)结合步骤(I)得到的待消除材质影响的光谱反射_ R以及步骤(2)得到的多光谱成像系统的校正系数H，通过IT = H食得到消除材质对光谱反射率测量精度影响后的光谱反射率V 。
【文档编号】G06F19/00GK104200066SQ201410392131
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年8月11日 优先权日:2014年8月11日
【发明者】郑芝寰 申请人:浙江大学