高光譜高空間解析度的圖像獲取方法及裝置製造方法
2023-12-11 08:52:17 1
高光譜高空間解析度的圖像獲取方法及裝置製造方法
【專利摘要】本發明涉及圖像視頻處理【技術領域】，公開了一種高光譜高空間解析度的圖像獲取方法及裝置，該方法包括以下步驟：獲取同一場景的高空間解析度的RGB圖和高光譜解析度的灰度圖，其中RGB圖為全區域採樣圖像，灰度圖為經過均勻分布矩形孔洞掩膜的部分採樣圖像；將RGB圖與灰度圖對齊併疊加，得到綜合圖像；對於綜合圖像上的、在灰度圖中有採樣信息的像素點，直接從灰度圖中獲取像素點的光譜信息；對於綜合圖像上的、灰度圖中的採樣信息缺失的像素點，應用基於雙邊濾波的光譜傳播算法計算像素點的光譜信息。本發明能夠獲得兼有高光譜解析度和高空間解析度的圖像，並且具有算法簡便，實時快捷的優點。
【專利說明】高光譜高空間解析度的圖像獲取方法及裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及圖像視頻處理【技術領域】，具體涉及一種高光譜高空間解析度的圖像獲取方法及裝置。
【背景技術】
[0002]目前大多數成像攝影技術都是基於紅、綠、藍三色信息對於場景影像進行記錄的，雖然三色傳感成像技術符合人類視覺系統的成像需求，然而從物理原理的角度出發，現實場景並非只有三色信息這麼簡單。實際光源發出或經物體反射的場景光線具有豐富的波長，其中可見光覆蓋從390nm直至780nm的廣泛區域，這段波長範圍內光線光強的分布包含了大量的信息，能夠有效地反映出光源、物體以及場景的自然屬性。
[0003]傳統彩色相機的三通道採集可以看作是光線光譜在對應三種顏色的傳感器響應的積分曲線上進行積分量化的結果，但正是這一積分的過程帶來了光譜信息的大量丟失。所以，與此對應，光譜測量著眼於獲取此過程中丟失的光譜信息。
[0004]早期的光譜儀，如基於空間掃描或光譜掃描的成像儀器，著重於提高光譜信息的解析度，但是受限於對單束光線的捕捉。近年來，光譜採集的科學研究才進一步實現了在時間解析度上的突破，湧現出如基於斷層掃描、基於編碼光圈和基於掩膜稜鏡分光等多種高光譜採集技術，能完成對於高解析度的光譜視頻的採集，為匹配工農業實際應用和科研需求奠定了技術原理基礎。
[0005]由光學成像元件、空間採樣裝置(如掩膜、狹縫等，本發明以掩膜為例進行介紹)、分光器件(稜鏡、光柵等，本發明以稜鏡為例進行介紹)、傳感器(本發明以灰度相機為例進行介紹)等構成的前置系統可以通過對物體的拍攝獲得所拍物體的降低空間解析度、包含豐富光譜信息(高光譜解析度)的視頻。使用分光裝置使RGB相機與灰度相機捕獲到相同的場景，可以獲得高空間解析度、低光譜解析度的視頻。將兩路視頻進行實時對準和計算融合，便可以得到高空間解析度、高光譜解析度的視頻。如何進行快速、準確地計算融合，仍然是一個難題。因此，這方面的研究具有重要且廣泛的應用價值。
【發明內容】
[0006]本發明旨在至少解決現有技術中存在的高光譜解析度和高空間解析度難以同時獲取的難題。
[0007]為此，本發明的一個目的在於提出一種高光譜高空間解析度的圖像獲取方法。
[0008]本發明的另一目的在於提出一種高光譜高空間解析度的圖像獲取裝置。
[0009]為了實現上述目的，根據本發明一個方面的實施例的高光譜高空間解析度的圖像獲取方法，包括以下步驟:獲取同一場景的高空間解析度的RGB圖和高光譜解析度的灰度圖，其中所述RGB圖為全區域採樣圖像，所述灰度圖為經過均勻分布矩形孔洞掩膜的部分採樣圖像；將所述RGB圖與所述灰度圖對齊併疊加，得到綜合圖像；對於所述綜合圖像上的、在所述灰度圖中有採樣信息的像素點，直接從所述灰度圖中獲取所述像素點的光譜信息；對於所述綜合圖像上的、所述灰度圖中的採樣信息缺失的像素點，應用基於雙邊濾波的光譜傳播算法計算所述像素點的光譜信息。
[0010]根據本發明實施例的高光譜高空間解析度的圖像獲取方法，獲得RGB圖和灰度圖對齊後的綜合圖像之後，對綜合圖像應用基於雙邊濾波的光譜傳播算法，得到各像素點的光譜信息。該方法克服了光譜成像領域難以同時獲取高空間解析度和高光譜解析度難題，對光譜成像的發展具有重要指導意義；所需要的設備較為簡單，成本小，在集成化後便於進行工業生產。
[0011]另外，本發明實施例的高光譜高空間解析度的圖像獲取方法還具有如下附加技術特徵:
[0012]在本發明的一個實施例中，所述對於所述綜合圖像上的、在所述灰度圖中有採樣信息的像素點，直接從所述灰度圖中獲取所述像素點的光譜信息具體包括:將所述灰度圖上的所述像素點進行光譜展開，得到不同波長的光對應的亮度值。
[0013]在本發明的一個實施例中，所述對於所述綜合圖像上的、所述灰度圖中的採樣信息缺失的像素點，應用基於雙邊濾波的光譜傳播算法計算所述像素點的光譜信息具體包括:記所述綜合圖像上的需要求取光譜信息的目標像素點坐標為(i，j)，以(i，j)為圓心、以預設參考距離R為半徑繪圓，記圓形區域為Ψ，檢測到Ψ內有至少一個已知光譜信息的參考像素點k ;根據下式計算所述目標像素點的光譜信息，
【權利要求】
1.一種高光譜高空間解析度的圖像獲取方法，其特徵在於，包括以下步驟: 獲取同一場景的高空間解析度的RGB圖和高光譜解析度的灰度圖，其中所述RGB圖為全區域採樣圖像，所述灰度圖為經過均勻分布矩形孔洞掩膜的部分採樣圖像； 將所述RGB圖與所述灰度圖對齊併疊加，得到綜合圖像； 對於所述綜合圖像上的、在所述灰度圖中有採樣信息的像素點，直接從所述灰度圖中獲取所述像素點的光譜信息； 對於所述綜合圖像上的、所述灰度圖中的採樣信息缺失的像素點，應用基於雙邊濾波的光譜傳播算法計算所述像素點的光譜信息。
2.根據權利要求1所述的圖像獲取方法，其特徵在於，所述對於所述綜合圖像上的、在所述灰度圖中有採樣信息的像素點，直接從所述灰度圖中獲取所述像素點的光譜信息具體包括: 將所述灰度圖上的所述像素點進行光譜展開，得到不同波長的光對應的亮度值。
3.根據權利要求1或2所述的圖像獲取方法，其特徵在於，所述對於所述綜合圖像上的、所述灰度圖中的採樣信息缺失的像素點，應用基於雙邊濾波的光譜傳播算法計算所述像素點的光譜信息具體包括: 記所述綜合圖像上的需要求取光譜信息的目標像素點坐標為(i，j)，以(i，j)為圓心、以預設參考距離R為半徑繪圓，記圓形區域為Ψ，檢測到Ψ內有至少一個已知光譜信息的參考像素點k ； 根據下式計算所述目標像素點的光譜信息，
4.根據權利要求1-3所述的高光譜高空間解析度的圖像獲取方法，其特徵在於，以GPU為硬體計算目標像素點的光譜信息。
5.一種高光譜高空間解析度的圖像獲取裝置，其特徵在於，包括: RGB圖採集模塊，用於獲取高空間解析度的RGB圖，其中所述RGB圖為全區域採樣圖像； 灰度圖採集模塊，用於獲取高光譜解析度的灰度圖，其中所述灰度圖為經過均勻分布矩形孔洞掩膜的部分採樣圖像； 對齊疊加模塊，所述對齊疊加模塊分別與所述RGB圖採集模塊和灰度圖採集模塊相連，用於將所述RGB圖與所述灰度圖對齊併疊加，得到綜合圖像； 光譜信息計算模塊，所述光譜信息計算模塊與所述對齊疊加模塊相連，用於對於所述綜合圖像上的、所述灰度圖中的採樣信息缺失的像素點，應用基於雙邊濾波的光譜傳播算法計算所述像素點的光譜信息； 輸出模塊，所述輸出模塊分別與所述對齊疊加模塊和光譜信息計算模塊相連，對於所述綜合圖像上的、在所述灰度圖中有採樣信息的像素點，所述輸入模塊從所述對齊疊加模塊讀取所述像素點的光譜信息並輸出，對於所述綜合圖像上的、所述灰度圖中的採樣信息缺失的像素點，所述輸入模塊從所述光譜信息計算模塊讀取所述像素點的光譜信息計算結果並輸出。
6.根據權利要求5所述的高光譜高空間解析度的圖像獲取裝置，其特徵在於，所述對於所述綜合圖像上的、在所述灰度圖中有採樣信息的像素點，直接從所述對齊疊加模塊讀取所述像素點的光譜信息具體包括: 將所述灰度圖上的所述像素點進行光譜展開，讀取不同波長的光對應的亮度值。
7.根據權利要求5或6所述的高光譜高空間解析度的圖像獲取裝置，其特徵在於，所述光譜信息計算模塊具體包括: 參考區域界定子模塊，用於界定所述綜合圖像上的需要求取光譜信息的目標像素點坐標為(i，j )的參考區域，即以(i，j )為圓心、以預設參考距離R為半徑繪圓，記圓形區域為Ψ，檢測出Ψ內有至少一個已知光譜信息的參考像素點k ; 計算子模塊，所述計算子模塊用於根據下式計算所述目標像素點的光譜信息，
8.根據權利要求5-7所述的高光譜高空間解析度的圖像獲取裝置，其特徵在於，所述計算子模塊中，以GPU為硬體計算目標像素點的光譜信息。
【文檔編號】G01J3/28GK103884427SQ201410088267
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年3月11日 優先權日:2014年3月11日
【發明者】戴瓊海, 郭超亞, 王好謙 申請人:清華大學, 清華大學深圳研究生院