CN112730336A - 一种基于颜色传感器的光谱反射率重建方法及*** - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于颜色传感器的光谱反射率重建***,包括一颜色传感器、一光谱反射率重建装置和至少一个照明灯板;颜色传感器与光谱反射率重建装置相连并靠近被测物体;所有照明灯板均以预定角度间隔地放置于颜色传感器四周并位于同一个圆环上;每一个照明灯板均具有相同的多颗单色光LED灯珠,且每一个照明灯板均倾斜一定角度后并以同一发射波长照射在被测物体表面上。颜色传感器获取被测物体颜色对应的多个RGB值;光谱反射率重建装置将多个RGB值作为训练数据,计算反射率,并结合预设的反射率带宽校正函数以及预设的拉格朗日插值法,重建多光谱反射率。实施本发明,解决传统光谱反射率重建方法存在的精度不高、操作复杂等问题。
Description
技术领域
本发明涉及光谱检测技术领域,尤其涉及一种基于颜色传感器的光谱反射率重建方法及***。
背景技术
在数字时代,还原物体真实颜色关键在于通过图像技术来实现。其中,光谱测量仪器能够捕获彩色目标的光谱反射率,并通过颜色和光谱反射率的关系,使用户识别图像中其它对象的反射特性。
光谱反射率重建是利用特定的转换矩阵,将物体表面的颜色刺激值转化为相对应的光谱反射率。但是,市场上的光谱测量仪器大多具有体积大、价格昂贵、操作复杂等缺点,导致其应用过于局限,使得基于光谱测量仪器的光谱反射率重建方法出现精度不高、操作复杂等问题。
然而,颜色传感器可以采集物体表面的颜色信息,为光谱反射率的重建提供了技术支持,其在经济性和实用性方面都比其它技术更有优势。因此,有必要提供一种利用传感器技术来进行光谱反射率重建方法,解决传统光谱反射率重建方法存在的精度不高、操作复杂等问题。
发明内容
本发明实施例所要解决的技术问题在于,提供一种基于颜色传感器的光谱反射率重建方法及***,解决传统光谱反射率重建方法存在的精度不高、操作复杂等问题。
为了解决上述技术问题,本发明实施例提供了一种基于颜色传感器的光谱反射率重建***,包括一颜色传感器、一光谱反射率重建装置和至少一个照明灯板;其中,
所述颜色传感器与所述光谱反射率重建装置相连,并靠近被测物体设置;所有照明灯板均以预定角度间隔地放置于所述颜色传感器四周,并位于同一个圆环上;每一个照明灯板均具有相同的多颗单色光LED灯珠,且每一个照明灯板均倾斜一定角度后,并以同一发射波长照射在被测物体表面上;
所述颜色传感器,用于获取被测物体颜色对应的多个RGB值;其中,所述多个RGB值是所有照明灯板在380nm~720nm可见光范围内选取多个预定波长依次为发射波长照射被测物体表面时,由被测物体颜色分别反映的RGB值;
所述光谱反射率重建装置,用于将所述颜色传感器获取的多个RGB值作为训练数据,计算反射率,并结合预设的反射率带宽校正函数以及预设的拉格朗日插值法,重建多光谱反射率。
其中,所述照明灯板有四个,且四个所述照明灯板均以90°间隔地放置于所述颜色传感器四周。
其中,四个所述照明灯板均具有相同的8颗单色光LED灯珠,且四个所述照明灯板均倾斜45°后照射在被测物体表面上。
其中,所述8颗单色光LED灯珠的预定波长分别为398nm、425nm、477nm、520nm、546nm、608nm、658nm和705nm。
本发明实施例还提供了一种基于颜色传感器的光谱反射率重建方法,其在前述的基于颜色传感器的光谱反射率重建***上实现,所述方法包括以下步骤:
步骤S1、光谱反射率重建装置接收颜色传感器获取的多个RGB值;其中,所述多个RGB值为所有照明灯板在380nm~720nm可见光范围内选取多个预定波长依次为发射波长照射被测物体表面时,由被测物体颜色分别反映的RGB值;
步骤S2、所述光谱反射率重建装置将所接收的多个RGB值作为训练数据,计算反射率,并结合预设的反射率带宽校正函数以及预设的拉格朗日插值法,重建多光谱反射率。
其中,所述步骤S2具体包括:
将所接收的多个RGB值作为训练数据,获得优化系数Ki的值;其中,Ki值可由最小二乘法求得;i为发射波长的选取总数;
根据公式R'=Ki Ci,计算得到反射率R';其中,Ci为照明灯板采用第i个发射波长照射被测物体表面时的颜色传感器响应值。
基于校正后的反射率,通过拟合相邻的n+1个插值节点获得n次多项式曲线,并计算需要进行插值位置的值来得到预测的多光谱反射率。
其中,所述基于校正后的反射率,通过拟合相邻的n+1个插值节点获得n次多项式曲线,并计算需要进行插值位置的值来得到预测的多光谱反射率的具体步骤包括:
实施本发明实施例,具有如下有益效果:
本发明基于颜色传感器获取被测物体颜色对应的多个RGB值,并通过光谱反射率重建装置将颜色传感器获取的多个RGB值作为训练数据,计算反射率,且进一步结合预设的反射率带宽校正函数以及预设的拉格朗日插值法,重建多光谱反射率,从而解决了传统光谱反射率重建方法存在的精度不高、操作复杂等问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,根据这些附图获得其他的附图仍属于本发明的范畴。
图1为本发明实施例提供的一种基于颜色传感器的光谱反射率重建***的连接结构示意图;
图2为本发明实施例提供的一种基于颜色传感器的光谱反射率重建方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
如图1所示,为本发明实施例中,提供的一种基于颜色传感器的光谱反射率重建***,包括一颜色传感器1、一光谱反射率重建装置2和至少一个照明灯板3;其中,
颜色传感器1与光谱反射率重建装置2相连,并靠近被测物体M设置;照明灯板3均以预定角度间隔地放置于颜色传感器1四周,并位于同一个圆环上;每一个照明灯板均具有相同的多颗单色光LED灯珠,且每一个照明灯板均倾斜一定角度后,并以同一发射波长照射在被测物体M表面上。
在一个实施例中,照明灯板3有四个,且四个照明灯板3均以90°间隔地放置于颜色传感器1四周。四个照明灯板3均具有相同的8颗单色光LED灯珠,且四个照明灯板3均倾斜45°后照射在被测物体M表面上。其中,8颗单色光LED灯珠的预定波长分别为398nm、425nm、477nm、520nm、546nm、608nm、658nm和705nm,即四个照明灯板3依次按照对应预定波长依次打开一个单色光LED灯珠照射在被测物体M表面上。其中,被测物体M可设置为MacbethColorChecker 24色卡。
在另一个实施例中,照明灯板3有三个,且三个照明灯板3均以120°间隔地放置于颜色传感器1四周。三个照明灯板3均具有相同的8颗单色光LED灯珠,且四个照明灯板3均倾斜45°后照射在被测物体M表面上。其中,8颗单色光LED灯珠的预定波长分别为398nm、425nm、477nm、520nm、546nm、608nm、658nm和705nm,即三个照明灯板3依次按照对应预定波长依次打开一个单色光LED灯珠照射在被测物体M表面上。
可以理解的是,照明灯板3还有其它多种布置方法,如具有N个照明灯板3时,则所有明灯板3均以360°/N间隔地放置于颜色传感器1四周。
此时,颜色传感器1,用于获取被测物体颜色对应的多个RGB值;其中,多个RGB值是所有照明灯板3在380nm~720nm可见光范围内选取多个预定波长依次为发射波长照射被测物体M表面时,由被测物体M颜色分别反映的RGB值;
光谱反射率重建装置2,用于将颜色传感器1获取的多个RGB值作为训练数据,计算反射率,并结合预设的反射率带宽校正函数以及预设的拉格朗日插值法,重建多光谱反射率。
应当说明的是,光谱反射率重建装置2的具体工作原理为,首先,将所接收的多个RGB值作为训练数据,获得优化系数Ki的值;其中,Ki值可由最小二乘法求得;i为发射波长的选取总数;
其次,根据公式R'=Ki Ci,计算得到反射率R';其中,Ci为照明灯板采用第i个发射波长照射被测物体表面时的颜色传感器响应值。
最后,基于校正后的反射率,通过拟合相邻的n+1个插值节点获得n次多项式曲线,并计算需要进行插值位置的值来得到预测的多光谱反射率。即构造一组基函数:通过插值函数得到预测的多光谱反射率。其中,插值函数为n次Lagrange插值多项式,通过方程解的唯一性可知,n+1个节点的n次Lagrange插值多项式只有一种结果。
在一个实施例中,首先,获得优化系数K1~K8的值;
其次,计算得到反射率R'=[R398 R425 R477 R520 R546 R608 R658 R705];其中,R398=k1C1、R398=k2C2,…;k1、k2…k8为缩放系数,C1、C2…C8是颜色传感器响应值;
最后,可在380nm~720nm可见光范围内每10nm取一组数据,则总共需要31组反射率数据,而实际测量的反射率数据只有8组,因此需通过拉格朗日插值法,计算得到预测的多光谱反射率R=[R400 R410 ... R700]。
如图2所示,为本发明实施例中,提供的一种基于颜色传感器的光谱反射率重建方法,其在前述的基于颜色传感器的光谱反射率重建***上实现,所述方法包括以下步骤:
步骤S1、光谱反射率重建装置接收颜色传感器获取的多个RGB值;其中,所述多个RGB值为所有照明灯板在380nm~720nm可见光范围内选取多个预定波长依次为发射波长照射被测物体表面时,由被测物体颜色分别反映的RGB值;
步骤S2、所述光谱反射率重建装置将所接收的多个RGB值作为训练数据,计算反射率,并结合预设的反射率带宽校正函数以及预设的拉格朗日插值法,重建多光谱反射率。
其中,所述步骤S2具体包括:
将所接收的多个RGB值作为训练数据,获得优化系数Ki的值;其中,Ki值可由最小二乘法求得;i为发射波长的选取总数;
根据公式R'=Ki Ci,计算得到反射率R';其中,Ci为照明灯板采用第i个发射波长照射被测物体表面时的颜色传感器响应值。
基于校正后的反射率,通过拟合相邻的n+1个插值节点获得n次多项式曲线,并计算需要进行插值位置的值来得到预测的多光谱反射率。
其中,所述基于校正后的反射率,通过拟合相邻的n+1个插值节点获得n次多项式曲线,并计算需要进行插值位置的值来得到预测的多光谱反射率的具体步骤包括:
实施本发明实施例,具有如下有益效果:
本发明基于颜色传感器获取被测物体颜色对应的多个RGB值,并通过光谱反射率重建装置将颜色传感器获取的多个RGB值作为训练数据,计算反射率,且进一步结合预设的反射率带宽校正函数以及预设的拉格朗日插值法,重建多光谱反射率,从而解决了传统光谱反射率重建方法存在的精度不高、操作复杂等问题。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成,所述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中,所述的存储介质,如ROM/RAM、磁盘、光盘等。
以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已,当然不能以此来限定本发明之权利范围,因此依本发明权利要求所作的等同变化,仍属本发明所涵盖的范围。
Claims (7)
1.一种基于颜色传感器的光谱反射率重建***,其特征在于,包括一颜色传感器、一光谱反射率重建装置和至少一个照明灯板;其中,
所述颜色传感器与所述光谱反射率重建装置相连,并靠近被测物体设置;所有照明灯板均以预定角度间隔地放置于所述颜色传感器四周,并位于同一个圆环上;每一个照明灯板均具有相同的多颗单色光LED灯珠,且每一个照明灯板均倾斜一定角度后,并以同一发射波长照射在被测物体表面上;
所述颜色传感器,用于获取被测物体颜色对应的多个RGB值;其中,所述多个RGB值是所有照明灯板在380nm~720nm可见光范围内选取多个预定波长依次为发射波长照射被测物体表面时,由被测物体颜色分别反映的RGB值;
所述光谱反射率重建装置,用于将所述颜色传感器获取的多个RGB值作为训练数据,计算反射率,并结合预设的反射率带宽校正函数以及预设的拉格朗日插值法,重建多光谱反射率。
2.如权利要求1所述的基于颜色传感器的光谱反射率重建***,其特征在于,所述照明灯板有四个,且四个所述照明灯板均以90°间隔地放置于所述颜色传感器四周。
3.如权利要求2所述的基于颜色传感器的光谱反射率重建***,其特征在于,四个所述照明灯板均具有相同的8颗单色光LED灯珠,且四个所述照明灯板均倾斜45°后照射在被测物体表面上。
4.如权利要求3所述的基于颜色传感器的光谱反射率重建***,其特征在于,所述8颗单色光LED灯珠的预定波长分别为398nm、425nm、477nm、520nm、546nm、608nm、658nm和705nm。
5.一种基于颜色传感器的光谱反射率重建方法,其特征在于,其在如权利要求1~4中任一项所述的基于颜色传感器的光谱反射率重建***上实现,所述方法包括以下步骤:
步骤S1、光谱反射率重建装置接收颜色传感器获取的多个RGB值;其中,所述多个RGB值为所有照明灯板在380nm~720nm可见光范围内选取多个预定波长依次为发射波长照射被测物体表面时,由被测物体颜色分别反映的RGB值;
步骤S2、所述光谱反射率重建装置将所接收的多个RGB值作为训练数据,计算反射率,并结合预设的反射率带宽校正函数以及预设的拉格朗日插值法,重建多光谱反射率。
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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