CN104902153B - 一种多光谱相机色彩校正方法 - Google Patents
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Abstract
本发明一种多光谱相机色彩校正方法，本发明的光路***由积分球光源、透射式24色标准色板、带开孔的挡光板、平行光管、光谱辐射计组成。积分球光源出射的光束经过透射式24色标准色板的色块及带开孔的挡光板，到达平行光管焦面处，经平行光管准直后入射到光谱辐射计获得原始数据。本发明实现了各种类型、各种口径的线阵CCD航天遥感多光谱相机以及大视场长焦距面阵多光谱相机的色彩校正。
Description
技术领域
本发明涉及一种多光谱相机色彩校正方法，可广泛应用于航空航天遥感领域。
背景技术
多光谱相机在航空航天遥感领域中的应用越来越广泛。随着对遥感器高分辨率、高性能要求的不断增强，大口径、长焦距线阵相机及大视场长焦距面阵多光谱相机在航空航天遥感领域的重要性越来越高。
多光谱相机的谱段设置一般为红、绿、蓝和近红外四个谱段，其中将红、绿、蓝谱段分别命名为B1、B2、B3谱段。真彩色遥感图像由红、绿、蓝谱段合成，且被摄物体的颜色尽可能如实地显示出来。真彩色遥感图像比灰度图像提供更多信息，因光源、大气层、遥感相机本身因素等的制约，得到的彩色遥感图像并未如期的再现真实地物的颜色，存在着一定程度的色偏，严重地影响了数据表达信息的可靠性和有效性。传统的遥感图像处理是对各个波段在实验室和飞行中进行辐射校正，该种辐射校正增加了遥感相机的复杂性，另外，辐射校正对于中性色校正精度很好，但对于彩色误差较大。
国内目前商业面阵数码相机色彩校正的方法是使用基于“D65光源+反射式标准色板”的标准灯箱来完成的。面阵数码相机通过调焦对标准灯箱中的反射式标准色板进行成像，读取图像中对应色块的RGB值，和标准灯箱中标准色板对应色块的标准色度值之间建立一张相互转换的查找表，它可以用来将数码相机拍摄的RGB文件的某一点映射到对应的色度空间上，进而实时对拍摄图片进行色彩校正。部分短焦距面阵遥感相机也采用类似的色彩校正方法。
线阵航天遥感多光谱相机及大视场长焦距面阵航空遥感多光谱相机因为成像方式和焦距的因素，导致标准色板测试距离要求较大，在实验室无法完成测试工作，上述使用反射式标准色板进行成像测试的方法不再适用；综合考虑相机口径、视场和焦距等性能的需求，分别制作不同色彩的大口径单色标准板工艺难度大、费用高，此种方法也不可行。此外，该类遥感相机各多光谱谱段可设置参数较多，都会导致对应谱段输出DN值的变化，给色彩校正造成了较大的困难。对于大视场长焦距面阵多光谱相机同样存在上述类似的问题。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种多光谱相机色彩校正方法，以保证最终色彩校正的准确性和稳定性。
本发明的技术方案是：一种多光谱相机色彩校正方法，涉及的***包括积分球光源、透射式24色标准色板、带开孔的挡光板、平行光管、光谱辐射计；积分球光源出射的光束经过透射式24色标准色板上的色块及带开孔的挡光板，到达平行光管焦面处，经平行光管准直后入射到被测多光谱相机或光谱辐射计，进而获得原始数据及图像；所述带开孔的挡光板上的开孔大小与透射式24色标准色板上的一个色块大小一致；步骤如下：
1)由积分球光源出射的光经过平行光管准直后，生成平行光；
2)将被测多光谱相机架设于平行光管出光口后，调整被测多光谱相机高度、俯仰角及方位角，使透射式24色标准色板上的色块A在被测多光谱相机上成像；所述色块A为透射式24色标准色板上灰度色块中透过率第二高的色块；调整积分球光源输出功率，使被测多光谱相机各谱段均处在线性响应区域，并固定积分球光源的输出功率；
3)移开被测多光谱相机，将光谱辐射计架设于平行光管出光口后；调整光谱辐射计的高度、俯仰角和方位角使光谱辐射计与平行光管共轴；
4)调整透射式24色标准色板不同色块位置，使用光谱辐射计采集透射式24色标准色板上每一个色块对应的光谱辐亮度和CIE-xyz坐标系下的色度坐标；
5)建立色彩校正系数、多光谱相机等效辐亮度、多光谱谱段色彩合成后的R、G、B值的关系方程，并计算获得色彩校正系数；所述关系方程如下：
其中，LB1～LB3为被测多光谱相机接收到的透射式24色标准色板某一个色块区域的等效辐亮度；为多光谱相机色彩校正系数矩阵；R、G、B分别为各谱段色彩合成后最终的R、G、B分量值；
所述步骤5)中LB1～LB3的计算过程为：
其中，L(λ)为光谱辐射计标定平行光管出射光的光谱辐亮度数据；RBi(λ)为被测多光谱相机Bi谱段的相对光谱响应曲线。
所述步骤5)中R、G、B的计算过程为：
其中x，y，z为CIE-xyz坐标系下的色度坐标。
本发明与现有技术相比的有益效果：
(1)首次使用“透射式24色标准色板+平行光管”的方式实现了对航空航天遥感多光谱相机的色彩校正。解决了长焦距、大视场航空航天遥感相机色彩校正中测试距离较大、大口径反射式标准色板加工工艺难度大及费用高等难题。
(2)在数据处理的模型建立中，将多光谱相机谱段色彩合成后最终的R、G、B分量值和B1～B3各谱段的相机输入等效辐亮度建立关系，避免了调节待测相机DN值输出的可设置参数较多给色彩校正工作所造成的困难。
(3)本发明有助于提高航空航天遥感多光谱相机图像真彩色的合成精度。
附图说明
图1为本发明色彩校正测试光路示意图。
具体实施方式
先对色度学基础理论作简单介绍。物体的颜色可以分为本身发光的和本身不发光的两大类。前者称为光源色，后者称为物体色。根据色度学原理，无论是光源色还是物体色，其颜色主要取决于直接进入观察者眼睛的光辐射的光谱功率分布。计算颜色三刺激值(XYZ)的一般公式为
式中：X,Y,Z——颜色三刺激值；
K——归一化因数；
φ(λ)——直接进入观察者眼睛的光辐射的光谱功率分布；
——标准色度观察者光谱三刺激值；
Δλ——波长间隔。
滤光玻璃的颜色属于透射物体色。因此，它的颜色取决于照明光源的相对光谱功率分布S(λ)和玻璃本身的光谱透射比τ(λ)，即φ(λ)＝S(λ)·τ(λ)。于是可以把公式(1)改写为：
式中
根据公式(2)计算出颜色三刺激值。再由公式(3)计算出色度坐标(CIE-xyz坐标)。
式中：x，y，z为CIE-xyz坐标系下的色度坐标。
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。
本发明介绍了一种多光谱相机色彩校正方法。如图1所示，本发明的装置包括积分球光源1、透射式24色标准色板3、带开孔的挡光板4、平行光管5、光谱辐射计6，其特征由于：积分球光源1出射的光束经过透射式24色标准色板3上的色块及带开孔的挡光板4，到达平行光管5焦面处，经平行光管准直后入射到光谱辐射计6，进而获得原始数据。
本发明色彩校正***测试过程的具体步骤为
1)由积分球光源1出射的光经过平行光管5准直后，生成平行光；
2)将被测多光谱相机架设于平行光管5出光口后，调整被测多光谱相机高度、俯仰角及方位角，使透射式24色标准色板3上的色块A在被测多光谱相机上成像；所述色块A为透射式24色标准色板3上灰度色块中透过率第二高的色块；调整积分球光源1输出功率，使被测多光谱相机各谱段均处在线性响应区域，并固定积分球光源1的输出功率；
3)移开被测多光谱相机，将光谱辐射计6架设于平行光管5出光口后；调整光谱辐射计6的高度、俯仰角和方位角使光谱辐射计6与平行光管5共轴；
4)调整透射式24色标准色板3不同色块位置，使用光谱辐射计6采集透射式24色标准色板3上每一个色块对应的光谱辐亮度和CIE-xyz坐标系下的色度坐标；
5)建立色彩校正系数、多光谱相机等效辐亮度、多光谱谱段色彩合成后的R、G、B值的关系方程，并计算获得色彩校正系数；所述关系方程如下：
其中，LB1～LB3为被测多光谱相机接收到的透射式24色标准色板3某一个色块区域的等效辐亮度；为多光谱相机色彩校正系数矩阵；R、G、B分别为各谱段色彩合成后最终的R、G、B分量值；
本发明校正系数计算方法为：其中上述步骤2)中得到的光源***出射光谱辐亮度数据可以结合相机相对光谱响应曲线计算出公式(4)中的LB1～LB3；将光谱辐射计测得的不同色块区域的色度坐标(CIE-xyz)转换到RGB彩色空间，可以得到公式(4)左边的R、G、B值；标准色板每个色块对应可得到3个方程，根据多光谱相机实际用途合理选取部分色块的测试数据(≥3块)，进而得到一组方程组并利用最小二乘法进行求解可以获得待求系数矩阵中9个未知数的最优解。
其中由光谱辐射计6测得的不同色块区域的色坐标值(CIE-xyz)转换到RGB彩色空间的转换方法是：由光谱辐射计测得的不同色块区域的色坐标值(CIE-xyz坐标系)可以根据公式(2)和公式(3)计算出对应的三刺激值(XYZ三刺激值)，然后转换到RGB彩色空间，转换公式见公式(5)。
通过对相机采集的图像数据，可以得到对应输入条件下的多光谱谱段输出DN值。依据各谱段增益、积分级数、积分时间设置情况，可以由相机辐射定标数据中复算其对应的绝对定标方程，结合前面得到的3×3的色彩校正系数矩阵，可以计算出相机利用该矩阵进行色彩合成后最终的图像。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。
Claims (1)
1.一种多光谱相机色彩校正方法，涉及的***包括积分球光源(1)、透射式24色标准色板(3)、带开孔的挡光板(4)、平行光管(5)、光谱辐射计(6)；积分球光源(1)出射的光束经过透射式24色标准色板(3)上的色块及带开孔的挡光板(4)，到达平行光管(5)焦面处，经平行光管(5)准直后入射到被测多光谱相机或光谱辐射计(6)，进而获得原始数据及图像；所述带开孔的挡光板(4)上的开孔大小与透射式24色标准色板(3)上的一个色块大小一致；其特征在于步骤如下：
1)由积分球光源(1)出射的光经过透射式24色标准色板(3)平行光管(5)准直后，生成平行光；
2)将被测多光谱相机架设于平行光管(5)出光口后，调整被测多光谱相机高度、俯仰角及方位角，使透射式24色标准色板(3)上的色块A在被测多光谱相机上成像；所述色块A为透射式24色标准色板(3)上灰度色块中透过率第二高的色块；调整积分球光源(1)输出功率，使被测多光谱相机各谱段均处在线性响应区域，并固定积分球光源(1)的输出功率；
3)移开被测多光谱相机，将光谱辐射计(6)架设于平行光管(5)出光口后；调整光谱辐射计(6)的高度、俯仰角和方位角使光谱辐射计(6)与平行光管(5)共轴；
4)调整透射式24色标准色板(3)不同色块位置，使用光谱辐射计(6)采集透射式24色标准色板(3)上每一个色块对应的光谱辐亮度和CIE-xyz坐标系下的色度坐标；
5)建立色彩校正系数、多光谱相机等效辐亮度、多光谱谱段色彩合成后的R、G、B值的关系方程，并计算获得色彩校正系数；所述关系方程如下：
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其中，LB1～LB3为被测多光谱相机接收到的透射式24色标准色板(3)某一个色块区域的等效辐亮度；为多光谱相机色彩校正系数矩阵；R、G、B分别为各谱段色彩合成后最终的R、G、B分量值；
所述步骤5)中LB1～LB3的计算过程为：
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其中，L(λ)为光谱辐射计(6)标定平行光管(5)出射光的光谱辐亮度数据；RBi(λ)为被测多光谱相机Bi谱段的相对光谱响应曲线；
所述步骤5)中R、G、B的计算过程为：
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1
其中x，y，z为CIE-xyz坐标系下的色度坐标。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |