CN110166704B - 多光谱相机的校准方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种多光谱相机的校准方法及装置，涉及多光谱相机领域。该方法包括：拍摄目标照片、并获取目标照片的光照强度为目标光照强度；获取光照传感器实时采集的当前光照强度；将当前光照强度与目标光照强度进行对比，得到第一光强变化值；第一光强变化值超过预设阈值时，调整拍摄参数，获取目标拍摄参数。相对于现有技术，可以对相机的拍摄参数进行实时校准，修正环境光变化对拍照产生的影响。
Description
技术领域
本发明涉及多光谱相机领域，具体而言，涉及一种多光谱相机的校准方法及装置。
背景技术
多光谱相机可以通过接收农作物反射回的光线，对接收的光线进行光谱拆分，并提取不同的光谱信息进行数据分析，进而进行农作物的生长情况判断。
现有的数据分析方案都是由多光谱相机直接采集当前的光谱信息和环境信息(例如温湿度等)，或者通过光照传感器采集当前的光照强度等信息，通过时间组件将同一时刻的环境信息(光照信息)与光谱信息进行关联。采集完毕后，将采集到的所有信息统一上传至后台服务器，有后台服务器集中对数据进行分析和校准运算。
但在不同环境的光源条件下，农作物反射回的光线强度都不一致，抓取图片前不对相机进行校准的话，无法很好的适应当前的光源环境；同时相机在室外工作时，处于不稳定光源的环境中，环境光源是实时变化的(例如：太阳光、月光、星光等)，传统的先收集后由服务器进行处理的方案，只能在拍摄完成后进行后期处理，优化效果不佳。
发明内容
本发明的目的在于，针对上述现有技术中的不足，提供一种多光谱相机的校准方法及装置，以解决只能在拍摄完成后进行处理的问题。
为实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案如下：
第一方面，本发明实施例提供了一种多光谱相机的校准方法，包括：
拍摄目标照片、并获取所述目标照片的光照强度为目标光照强度；
获取光照传感器实时采集的当前光照强度；
将所述当前光照强度与所述目标光照强度进行对比，得到第一光强变化值；
若所述第一光强变化值超过预设阈值，则调整拍摄参数，并获取目标拍摄参数。
进一步地，所述若所述第一光强变化值超过预设阈值，则调整拍摄参数，并获取目标拍摄参数，包括：
根据所述第一光强变化值，计算第一亮度变化值；
采用绝对误差算法计算所述第一亮度变化值对应的第一增益；
根据所述第一增益调整拍摄参数，获取目标拍摄参数。
进一步地，所述拍摄目标照片、并获取所述目标照片的光照强度为目标光照强度之前，还包括：
拍摄校准照片，并获取所述校准照片的亮度值，其中，所述校准照片中包括反射板；
将所述校准照片的亮度值与初始亮度值进行对比，得到第二亮度变化值；
采用绝对误差算法计算所述第二亮度变化值对应的第二增益；
根据所述第二增益调整拍摄参数，获取初始拍摄参数。
进一步地，所述拍摄参数包括下述一项或多项：感光度、曝光时间、光圈参数。
进一步地，所述拍摄校准照片，并获取所述校准照片的光照强度和亮度值，包括：
拍摄校准照片，并采用边缘检测算法获取所述校准照片中的所有边缘，确定所述校准照片中的反射板区域；
分析所述校准照片中所述反射板区域的反射信息，确定所述校准照片的光照强度和亮度值。
第二方面，本发明另一实施例提供了一种多光谱相机的校准装置，包括：确定模块、获取模块、对比模块和调整模块，其中：
所述确定模块，用于拍摄目标照片、并获取所述目标照片的光照强度为目标光照强度；
所述获取模块，用于获取光照传感器实时采集的当前光照强度；
所述对比模块，用于将所述当前光照强度与所述目标光照强度进行对比，得到第一光强变化值；
所述调整模块，用于若所述第一光强变化值超过预设阈值，则调整拍摄参数，并获取目标拍摄参数。
进一步地，所述调整模块，具体用于根据所述第一光强变化值，计算第一亮度变化值；采用绝对误差算法计算所述第一亮度变化值对应的第一增益；根据所述第一增益调整拍摄参数，获取目标拍摄参数。
进一步地，所述装置还包括：校准模块，用于拍摄校准照片，并获取所述校准照片的亮度值，其中，所述校准照片中包括反射板；
将所述校准照片的亮度值与初始亮度值进行对比，得到第二亮度变化值；
采用绝对误差算法计算所述第二亮度变化值对应的第二增益；
根据所述第二增益调整拍摄参数，获取初始拍摄参数。
进一步地，所述拍摄参数包括下述一项或多项：感光度、曝光时间、光圈参数。
进一步地，所述校准模块，具体用于拍摄校准照片，并采用边缘检测算法获取所述校准照片中的所有边缘，确定所述校准照片中的反射板区域；
分析所述校准照片中所述反射板区域的反射信息，确定所述校准照片的光照强度和亮度值。
本发明的有益效果是：通过实时获取当前光照强度，并与目标光照强度进行对比，得到第一光强变化值，若第一光强变化值超过预设阈值，随即调整相机的拍摄参数，使得相机可以在拍摄过程中实时对其拍摄参数进行校准，从而修正环境光变化对拍照产生的影响，以达到更好的拍摄效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本申请一实施例提供的多光谱相机的校准方法的流程示意图；
图2为本申请另一实施例提供的多光谱相机的校准方法的流程示意图；
图3为本申请另一实施例提供的多光谱相机的校准方法的流程示意图；
图4为本申请一实施例提供的多光谱相机的校准装置的结构示意图；
图5为本申请另一实施例提供的多光谱相机的校准装置的结构示意图；
图6为本申请另一实施例提供的多光谱相机的校准装置的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
首先，在对本申请进行介绍之前，先对本申请中所使用到的名字进行相应的解释，具体解释如下。
反射率：物体反射的辐射能量占总辐射能量的百分比，称为反射率。不同物体的反射率也不同，这主要取决于物体本身的性质(表面状况和内部物质(或者说是生长状况))，以及入射电感波的波长和入射角度，反射率的范围总是反射率小于等于1,利用反射率可以判断物体的性质。太阳光照射到植被或者物体上，进行反射，植被或物体的不同生长状况，太阳光照射到植被或者物体上，由于植被内部不同的物质对不同波长的光线具有不同的敏感程度，敏感区域波段的光线会被部分吸收，不敏感区域波段的光线大部分被反射回来，最终体现在反射回来的光的强度，最后的差异都会体现在反射出的光的强度上。
多光谱照相可以指在可见光的基础上向红外光和紫外光两个方向扩展，并通过各种滤光片或分光器与多种感光胶片的组合，使其同时分别接收同一目标在不同窄光谱带上所辐射或反射的信息，即可得到目标的几张不同光谱带的照片。多光谱相机可以应用于无人机或其他航拍设备，在此不作限制，例如拍摄农作物的场景下，其工作原理是通过接收农作物反射回的光线，进行光谱拆分，并提取不同的光谱信息进行数据分析来进行农作的生长情况的判断，根据实际的需求在一个或多个镜头处添加滤光片以过滤掉不需要的光谱信息，保留需要的光谱信息，其中可以根据滤光片的不同分别采集绿光、蓝光、红光、红边光、近红外光等光谱信息。
多光谱相机需要采集几种光谱信息，对应的光照模块就应该有几个光照传感器配合与镜头相应的滤光片进行光照信息采集校准，以五目多光谱相机为例子，相机中存在五个镜头配合五种滤光片，采集植被反射的五种光谱信息，同时对应的光照模块中应设有五个光照传感器配合五种相同的滤光片采集太阳直射光的光强信息。
多光谱相机在户外使用的时候，由于户外光源为自然光线(自然光线包括但不限于太阳光、月光等)，而自然光的光线强度不固定，会实时变化；所以相机拍摄的照片会因为光线强度在随时变化，但相机的拍摄参数没有在拍摄过程根据当前的光线强度进行实时校准，而导致拍摄照片的亮度不够准确。
为了解决上述问题，本申请提供一种多光谱相机的校准方法的流程示意图及装置，可以避免相机的拍摄参数无法在拍摄过程中进行实时校准，该方法的执行主体可以为相机或其他具备拍摄功能的设备，在此不具体限制。
图1为本申请提供的多光谱相机的校准方法的流程示意图，如图1所示，该方法包括：
S101：拍摄目标照片、并获取目标照片的光照强度为目标光照强度。
需要说明的是，相机开始工作后，可以在用户设定的时间范围内定期持续拍摄照片(时间范围和拍摄间隔都可根据用户需要设置)，其中，可以将相机抓取的第一张照片作为目标照片，该目标照片作为后续相机校准的校准参照照片。需要说明的是，第一张照片为相机开始工作后拍摄的第一张照片。拍摄到目标照片后，相机中的光照接收器会输出AD转换后对应的该目标照片的光照强度，该目标照片的光照强度即为目标光照强度。
S102：获取光照传感器实时采集的当前光照强度。
需要说明的是，相机中光照传感器的数量不固定，根据实际搭配的多光谱相机来进行适配，总体来说，一种或多种光谱信息对应需要一个或多个相应的光照传感器进行校准。
相机在工作过程中，相机实时获取光照传感器实时采集的当前的光照强度。
S103：将当前光照强度与目标光照强度进行对比，得到第一光强变化值。
需要说明的是，相机获取到光照传感器实时采集的当前光照强度后，将当前光照强度与目标光照强度进行对比，计算当前光照强度与目标光照强度的差值，该差值即为第一光强变化值。
S104：第一光强变化值超过预设阈值时，调整拍摄参数，获取目标拍摄参数。
可选地，预设阈值可以根据用户需要设置，例如可以根据拍摄精度值、检测步长等来设定，在此并不做任何限制；当第一光强变化值超过预设阈值时，调整拍摄参数并获取目标拍摄参数，进而就可以采用目标拍摄参数进行拍摄，获取照片。
需要说明的是，调整拍摄参数的最终目的是保证反射率的一致。(例如，光线暗的时候，正常反射出来的光强也会相对较暗，每次拍摄前对拍摄参数进行调整之后，就可以保证拍摄的每张照片反射回的光强一致，也就是保证反射率始终一致，从而保证拍摄效果)。
本实施例中，通过实时获取当前光照强度，并与目标光照强度进行对比，得到第一光强变化值，若第一光强变化值超过预设阈值，随即调整相机的拍摄参数，使得相机在拍摄过程中可以实时对其拍摄参数进行校准，从而修正环境光变化对拍照产生的影响。
图2为本申请另一实施例提供的多光谱相机的校准方法的流程示意图，如图2所示，步骤S104可以包括：
S201：根据第一光强变化值，计算第一亮度变化值。
可选地，相机的芯片内选用海思芯片，芯片根据第一光强度变化值以及像素点的值来计算第一亮度变化值，但芯片的具体选择根据用户需要设置，在此并不做任何限制。
S202：采用绝对误差算法计算第一亮度变化值对应的第一增益。
需要说明的是，相机针对第一光强变化值计算出亮度变化值后，使用绝对误差算法，计算得出一个可以抵消第一亮度变化值的第一增益。
需要说明的是，绝对误差(Absolute Error，AE)算法是测量值对真值偏离的绝对大小，绝对误差反映的是测量值偏离真值的大小(在本实施例中即为当前亮度变化值偏离目标亮度值的大小)，且绝对误差是有正负，有方向的。
举例说明：计算得出第一亮度变化值为+13时(即当前亮度值与目标亮度值相比，增加了13)，通过绝对误差算法可以得到，第一增益值为-13，通过第一增益值可以抵消第一亮度变化值。
S203：根据第一增益调整拍摄参数，获取目标拍摄参数。
需要说明的是，拍摄参数可以包括下述一项或多项：感光度、曝光时间、光圈参数等；相机通过第一增益设定相机的感光度和曝光时间，以保证相机抓取图片的有效性和准确性。
由于相机亮度值是根据感光度、曝光时间、光圈参数共同决定的，计算得到第一增益后，通过调整相机的感光度、曝光时间、光圈中的一项或多项，即可抵消第一亮度变化值，此时，调整过的相机对应的光照强度即为目标光照强度(即亮度值也为目标亮度值)，随后相机继续获取光照传感器实时采集的当前光照强度，并将当前光照强度与目标光照强度进行对比，直至相机停止工作。图3为本申请另一实施例提供的多光谱相机的校准方法的流程示意图，如图3所示，步骤S101之前，还包括：
S301：拍摄校准照片，并获取校准照片的光照强度和亮度值，其中，校准照片中包括反射板。
需要说明的是，相机在初始使用、或更换拍摄环境、拍摄环境变化较大时，都需要进行初始校准：将相机对准反射板进行拍摄，抓取一张照片作为校准照片，计算照片中反射板的亮度值，得出对应的光照强度。
其中，反射板具有某种涂层，这种涂层能以朗伯方式发射光并且通常具有针对感兴趣的波长的平坦反射率曲线。
S302：将校准照片的亮度值与初始亮度值进行对比，得到第二亮度变化值。
需要说明的是，将校准照片的亮度值与相机的初始亮度值进行对比，计算校准照片的亮度值与相机的初始亮度值的差值，得到第二亮度变化值。
S303：采用绝对误差算法计算第二亮度变化值对应的第二增益。
S304：根据第二增益调整拍摄参数，获取初始拍摄参数。
需要说明的是，采用绝对误差算法得出一个可以抵消第二亮度变化值的第二增益后，根据第二增益调整相机的感光度、曝光时间、光圈参数中的一项或多项，达到抵消第二亮度变化值的效果即可，经过初始校准的相机，在拍摄时，可以很好地适应当前的光源环境，拍摄出的照片效果更好。
需要说明的是，在室内或光线稳定的环境中，相机只需在使用前经过初始校准即可，使用过程中无需进行实时校准。
但是在室外或光线不稳定的环境中，相机经过初始校准后，在使用过程中还需要进行实施校准，以修正环境光变化对拍照产生的影响。
进一步地，步骤S301还包括：拍摄校准照片，并采用边缘检测算法获取校准照片中的所有边缘，确定校准照片中反射板区域；分析校准照片中反射板区域的反射信息，确定校准照片的光照强度和亮度值。
需要说明的是，边缘检测的算法采用常见的边缘检测算法，不固定限制于某一种算法，例如差分边缘检测、罗伯茨(roberts)算子、索贝尔(sobel)算子等，具体根据用户需要选择，在此并不做任何限制。
本实施例中，通过实时获取当前光照强度，并与目标光照强度进行对比，得到第一光强变化值，若第一光强变化值超过预设阈值，随即调整相机的拍摄参数，使得相机可以实时对其拍摄参数进行校准，从而修正环境光变化对拍照产生的影响。
图4为本申请一实施例提供的多光谱相机的校准装置的结构示意图，如图4所示，该装置包括：确定模块401、获取模块402、对比模块403和调整模块404，其中：
确定模块401，用于拍摄目标照片、并获取目标照片的光照强度为目标光照强度。
获取模块402，用于获取光照传感器实时采集的当前光照强度。
对比模块403，用于将当前光照强度与目标光照强度进行对比，得到第一光强变化值。
调整模块404，用于在第一光强变化值超过预设阈值时，调整拍摄参数，获取目标拍摄参数。
进一步地，调整模块404，具体用于根据第一光强变化值，计算第一亮度变化值；采用绝对误差算法计算第一亮度变化值对应的第一增益；根据第一增益调整拍摄参数，获取目标拍摄参数。
图5为本申请另一实施例提供的多光谱相机的校准装置的结构示意图，如图5所示，该装置还包括：校准模块405，用于拍摄校准照片，并获取校准照片的亮度值，其中，校准照片中包括反射板；将校准照片的亮度值与初始亮度值进行对比，得到第二亮度变化值；采用绝对误差算法计算第二亮度变化值对应的第二增益；根据第二增益调整拍摄参数，获取初始拍摄参数。
可选地，所述拍摄参数包括下述一项或多项：感光度、曝光时间、光圈参数。
进一步地，校准模块405，还用于拍摄校准照片，并采用边缘检测算法获取校准照片中的所有边缘，确定校准照片中反射板区域；分析校准照片中反射板区域的反射信息，确定校准照片的光照强度和亮度值。
上述装置用于执行前述实施例提供的方法，其实现原理和技术效果类似，在此不再赘述。
以上这些模块可以是被配置成实施以上方法的一个或多个集成电路，例如：一个或多个特定集成电路(Application Specific Integrated Circuit，简称ASIC)，或，一个或多个微处理器(digital singnal processor，简称DSP)，或，一个或者多个现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，简称FPGA)等。再如，当以上某个模块通过处理元件调度程序代码的形式实现时，该处理元件可以是通用处理器，例如中央处理器(CentralProcessing Unit，简称CPU)或其它可以调用程序代码的处理器。再如，这些模块可以集成在一起，以片上***(system-on-a-chip，简称SOC)的形式实现。
图6为本发明另一实施例提供的多光谱相机的校准装置的结构示意图，该装置可以集成于终端设备或者终端设备的芯片，该终端可以是具备图像处理功能的计算设备。
该装置包括：存储器501、处理器502。
存储器501用于存储程序，处理器502调用存储器501存储的程序，以执行上述方法实施例。具体实现方式和技术效果类似，这里不再赘述。
可选地，本发明还提供一种程序产品，例如计算机可读存储介质，包括程序，该程序在被处理器执行时用于执行上述方法实施例。
在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个***，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。
上述以软件功能单元的形式实现的集成的单元，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。上述软件功能单元存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)或处理器(英文：processor)执行本发明各个实施例所述方法的部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(英文：Read-Only Memory，简称：ROM)、随机存取存储器(英文：Random Access Memory，简称：RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
Claims (6)
1.一种多光谱相机的校准方法，其特征在于，用于对多光谱相机进行校准，所述方法包括：
拍摄校准照片，并获取所述校准照片的亮度值，其中，所述校准照片中包括反射板；
将所述校准照片的亮度值与初始亮度值进行对比，得到第二亮度变化值；
采用绝对误差算法计算所述第二亮度变化值对应的第二增益；
根据所述第二增益调整拍摄参数，获取初始拍摄参数；
拍摄目标照片、并获取所述目标照片的光照强度为目标光照强度；
获取光照传感器实时采集的当前光照强度；
将所述当前光照强度与所述目标光照强度进行对比，得到第一光强变化值；
若所述第一光强变化值超过预设阈值，则调整拍摄参数，并获取目标拍摄参数；
所述拍摄校准照片，并获取所述校准照片的光照强度和亮度值，包括：
拍摄校准照片，并采用边缘检测算法获取所述校准照片中的所有边缘，确定所述校准照片中的反射板区域；
分析所述校准照片中所述反射板区域的反射信息，确定所述校准照片的光照强度和亮度值。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述若所述第一光强变化值超过预设阈值，则调整拍摄参数，并获取目标拍摄参数，包括：
根据所述第一光强变化值，计算第一亮度变化值；
采用绝对误差算法计算所述第一亮度变化值对应的第一增益；
根据所述第一增益调整所述拍摄参数，获取所述目标拍摄参数。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述拍摄参数包括下述一项或多项：感光度、曝光时间、光圈参数。
4.一种多光谱相机的校准装置，其特征在于，用于对多光谱相机进行校准，所述装置包括：确定模块、获取模块、对比模块和调整模块，其中：
该装置还包括：校准模块，用于拍摄校准照片，并获取所述校准照片的亮度值，其中，所述校准照片中包括反射板；将所述校准照片的亮度值与初始亮度值进行对比，得到第二亮度变化值；采用绝对误差算法计算所述第二亮度变化值对应的第二增益；根据所述第二增益调整拍摄参数，获取初始拍摄参数；
所述确定模块，用于拍摄目标照片、并获取所述目标照片的光照强度为目标光照强度；
所述获取模块，用于获取光照传感器实时采集的当前光照强度；
所述对比模块，用于将所述当前光照强度与所述目标光照强度进行对比，得到第一光强变化值；
所述调整模块，用于若所述第一光强变化值超过预设阈值，则调整拍摄参数，并获取目标拍摄参数；
所述校准模块，具体用于拍摄校准照片，并采用边缘检测算法获取所述校准照片中的所有边缘，确定所述校准照片中的反射板区域；
分析所述校准照片中所述反射板区域的反射信息，确定所述校准照片的光照强度和亮度值。
5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述调整模块，具体用于根据所述第一光强变化值，计算第一亮度变化值；采用绝对误差算法计算所述第一亮度变化值对应的第一增益；根据所述第一增益调整所述拍摄参数，获取所述目标拍摄参数。
6.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述拍摄参数包括下述一项或多项：感光度、曝光时间、光圈参数。
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