CN113643388A - 一种用于高光谱图像的黑帧标定、矫正方法和*** - Google Patents

一种用于高光谱图像的黑帧标定、矫正方法和*** Download PDF

Info

Publication number
CN113643388A
CN113643388A CN202111196941.3A CN202111196941A CN113643388A CN 113643388 A CN113643388 A CN 113643388A CN 202111196941 A CN202111196941 A CN 202111196941A CN 113643388 A CN113643388 A CN 113643388A
Authority
CN
China
Prior art keywords
black frame
image
dimension
hyperspectral
wavelength
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202111196941.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113643388B (zh
Inventor
黄锦标
郁幸超
任哲
郭斌
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shenzhen Haippi Nanooptical Technology Co ltd
Original Assignee
Shenzhen Haippi Nanooptical Technology Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shenzhen Haippi Nanooptical Technology Co ltd filed Critical Shenzhen Haippi Nanooptical Technology Co ltd
Priority to CN202111196941.3A priority Critical patent/CN113643388B/zh
Publication of CN113643388A publication Critical patent/CN113643388A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113643388B publication Critical patent/CN113643388B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T7/00—Image analysis
    • G06T7/80—Analysis of captured images to determine intrinsic or extrinsic camera parameters, i.e. camera calibration
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T5/00—Image enhancement or restoration
    • G06T5/70—Denoising; Smoothing
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T5/00—Image enhancement or restoration
    • G06T5/90—Dynamic range modification of images or parts thereof
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T2207/00—Indexing scheme for image analysis or image enhancement
    • G06T2207/10—Image acquisition modality
    • G06T2207/10004—Still image; Photographic image

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • Studio Devices (AREA)
  • Image Input (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)

Abstract

公开了一种高光谱图像的黑帧标定、矫正方法和***，在同一测试温度、不同的曝光时间下，对拍摄波段进行黑帧采集，以及在初始曝光时间下，对于不同测试温度序列进行黑帧采集，获取对应黑帧数据集合，从图像维度和波长维度从黑帧数据集合获得波长维度平均值和图像维度平均值，基于曝光时间、初始测试温度分别拟合波长维度平均值和图像维度平均值，保留初始曝光时间、初始测试温度时的波长维度平均值和图像维度平均值。利用上述参数获取完整高光谱黑帧图像序列矩阵，对高光谱图像扣除高光谱黑帧图像序列矩阵与数字增益的乘积，获得矫正后的高光谱图像。该方法和***不仅可以免去每次重复拍摄黑帧的时间，同时又可以极大地减小存储占用的空间。

Description

一种用于高光谱图像的黑帧标定、矫正方法和***
技术领域
本发明涉及高光谱成像和光谱分析的技术领域，并且特别涉及一种用于高光谱图像的黑帧标定、矫正方法和***。
背景技术
高光谱成像技术可以同时获得图像信息和光谱信息，结合机器视觉技术来对物体进行判别的同时，还可以进行依赖于光谱的光谱分析，是具有很大潜力的新技术。高光谱成像技术的光谱分析能力来源于高光谱可以采集不同波长下物质所发出的光谱信息，而这些光谱信息直接反映了物体的理化成分等信息；结合图像的识别、选区等信息，高光谱成像技术可以实现目标检测-成分判断-结果输出的完全自动化。
和普通的RGB相机一样，高光谱相机拍摄的图像数据也需要做黑帧矫正（dark-frame subtraction，或平场矫正(flat-field correction）。平场矫正指成像***拍摄的图像在通过矫正过后（光学***和传感器），每个像素在相同的进光量下都能给出相同的输出值。该矫正包括了图像暗角阴影的矫正、传感器像素位置的输出不均匀性补偿和无进光时残余的黑电平信号去除，同时也包括了对因传感器温度上升变化而带来的热噪声的矫正。该矫正之所以可行，是因为每一个传感器的暗电流（dark current）和固定模式噪声（fixed pattern noise, FPN）具有可重复性。
这个矫正可以通过扣除拍摄无进光量时黑帧（指在镜头没有任何外界光线入射的情况下（例如：盖上镜头盖）传感器读出的电信号所组成的每一帧（黑暗环境下的）图像数据）来实现。扣除黑帧不仅可以消除图像初始背景的不均匀性，保持进光量与数字信号的一致对应关系，还可以一定程度地去除暗噪声。黑帧信号（主要包括了暗电流和FPN）与温度和曝光时间呈正相关，同时和增益或ISO、光圈值等有一定关系。暗电流和FPN随传感器的不同而不同，同一块传感器在不同的曝光时间下具有相同的FPN，根据该原理可知：对于同一台高光谱相机的同一块传感器，不同波段和曝光时间下对应的FPN相同。因此可根据此原理压缩高光谱黑帧信号数据，或提取出黑帧信号特征，而不用重复获取不同波段下的黑帧数据。
扣除黑帧不但可以消除图像初始背景的不均匀性，保持进光量与数字信号的一致对应关系，还可以一定程度地去除暗噪声，尤其是FPN。因此是一个重要的预处理步骤。但高光谱图像本身拍摄数据量大，拍摄耗时相对久，如果传感器的黑帧没有通过硬件手段处理，而需要实时拍摄来矫正，则由于每一个波段都需要扣除独自的黑帧，因此总体将耗费两倍时间，同时数据存储量也会翻倍。同时，由于曝光时间可能会变化，黑帧也就无法做到预先存储，因为考虑到不同曝光时间的话，其可能存在的数据量将异常庞大。即使只考虑并存储同一曝光时间的黑帧数据，也很耗费存储空间。
发明内容
为了解决现有技术中高光谱图像的黑帧数据处理的数据量巨大耗费大量时间的技术问题，本发明提出了一种用于高光谱图像的黑帧标定、矫正方法和***，以试图解决现有技术中存在的上述问题。
根据本发明的一个方面，提出了一种用于高光谱图像的黑帧标定方法，包括以下步骤：
S1：在同一测试温度、不同的曝光时间下，对拍摄波段进行黑帧采集，获取黑帧数 据集合
Figure 728665DEST_PATH_IMAGE001
，其中，
Figure 911384DEST_PATH_IMAGE002
表示图像坐标，
Figure 19018DEST_PATH_IMAGE003
表示波长，
Figure 679806DEST_PATH_IMAGE004
表示曝光时间；
S2：基于图像维度和波长维度从黑帧数据集合获得第一波长维度平均值
Figure 523872DEST_PATH_IMAGE005
和第一图像维度平均值
Figure 674230DEST_PATH_IMAGE006
，分别基于曝光时间
Figure 206843DEST_PATH_IMAGE007
分别拟合 第一波长维度平均值
Figure 936902DEST_PATH_IMAGE008
和第一图像维度平均值
Figure 933676DEST_PATH_IMAGE009
，并保留初 始曝光时间
Figure 192619DEST_PATH_IMAGE010
时的第一波长维度平均值
Figure 979572DEST_PATH_IMAGE011
和第一图像维度平均值
Figure 247742DEST_PATH_IMAGE012
的标定数据；
S3：在初始曝光时间
Figure 302286DEST_PATH_IMAGE013
下，对于不同测试温度序列进行拍摄以及黑帧采集，获取 黑帧矩阵
Figure 60027DEST_PATH_IMAGE014
，其中，
Figure 832810DEST_PATH_IMAGE015
表示不同测试温度，
Figure 639092DEST_PATH_IMAGE016
；
S4：基于图像维度和波长维度从黑帧数据集合获得第二波长维度平均值
Figure 813722DEST_PATH_IMAGE017
和第二图像维度平均值
Figure 172722DEST_PATH_IMAGE018
，基于初始 测试温度
Figure 167223DEST_PATH_IMAGE019
分别拟合第二波长维度平均值
Figure 777196DEST_PATH_IMAGE020
和第二图像维 度平均值
Figure 806332DEST_PATH_IMAGE021
，并将初始测试温度
Figure 109137DEST_PATH_IMAGE022
时的第二波长维度平均值
Figure 387672DEST_PATH_IMAGE023
和第二图像维度平均值
Figure 801336DEST_PATH_IMAGE024
保存 至标定数据中。
在一些具体的实施例中，第一波长维度平均值
Figure 186443DEST_PATH_IMAGE025
，第一图像维度平均值
Figure 660150DEST_PATH_IMAGE026
，第二波长维度平均值
Figure 363663DEST_PATH_IMAGE027
，第二图像维 度平均值
Figure 112177DEST_PATH_IMAGE028
，其中，
Figure 115905DEST_PATH_IMAGE029
表示波段数量。通过上述平均值可以消除个体像素噪声的随机涨落。
在一些具体的实施例中，步骤S2中拟合第一波长维度平均值
Figure 494933DEST_PATH_IMAGE030
和第一图像维度平均值
Figure 951323DEST_PATH_IMAGE031
的拟合系数分别为矩阵
Figure 2062DEST_PATH_IMAGE032
和向量
Figure 594717DEST_PATH_IMAGE033
，均采用多项式函数拟合。
在一些具体的实施例中，步骤S4中拟合第二波长维度平均值
Figure 410226DEST_PATH_IMAGE034
和第二图像维度平均值
Figure 88332DEST_PATH_IMAGE035
的拟合系数分别为矩阵
Figure 444227DEST_PATH_IMAGE036
和向 量
Figure 156969DEST_PATH_IMAGE037
。上述函数拟合的是黑帧图像不同像素的固定模式噪声随曝光时间的细微变化。
在一些具体的实施例中，还包括在不同的光圈或增益值下，获取相应标定数据。不同光圈和内增益的黑帧信号会有不同，因此需要分别标定。
根据本发明的第二方面，提出了一种用于高光谱图像的黑帧矫正方法，利用上述的黑帧标定方法，包括：
获取当前高光谱的拍摄参数，拍摄参数包括数字增益
Figure 113685DEST_PATH_IMAGE038
、波段
Figure 341404DEST_PATH_IMAGE039
、曝光时 间
Figure 438673DEST_PATH_IMAGE040
和温度
Figure 5921DEST_PATH_IMAGE041
，并载入当前光圈和内增益对应的标定数据，标定数据包括第一波 长维度平均值
Figure 694391DEST_PATH_IMAGE042
、第一图像维度平均值
Figure 612669DEST_PATH_IMAGE043
、拟合系 数矩阵
Figure 283602DEST_PATH_IMAGE044
和向量
Figure 236515DEST_PATH_IMAGE045
；
对图像维度平均值作波段插值处理；
分别预生成黑帧在波长维度的分量和在图像维度的分量，合并两分量获取完整的高光谱黑帧图像序列矩阵；
利用当前拍摄的高光谱图像去除高光谱黑帧图像序列矩阵与数字增益
Figure 95887DEST_PATH_IMAGE046
的乘 积，获得矫正后的高光谱图像。
在一些具体的实施例中，对于不具有温度传感器的高光谱设备，对第一图像维度 平均值
Figure 65242DEST_PATH_IMAGE047
作实际的波段插值处理获得
Figure 301051DEST_PATH_IMAGE048
。
在一些具体的实施例中，预生成的黑帧在波长维度的分量为
Figure 374049DEST_PATH_IMAGE050
，预生成的黑帧在 图像维度的分量为
Figure 404322DEST_PATH_IMAGE052
其中，泛函
Figure 766033DEST_PATH_IMAGE053
表示
Figure 38490DEST_PATH_IMAGE054
和曝光时间
Figure 231574DEST_PATH_IMAGE055
的关系，泛函
Figure 432748DEST_PATH_IMAGE056
表示
Figure 78493DEST_PATH_IMAGE057
和曝光时间
Figure 891990DEST_PATH_IMAGE058
的关系。
在一些具体的实施例中，对于具有温度传感器的高光谱设备，对第二图像维度平 均值
Figure 939581DEST_PATH_IMAGE059
作实际的波段插值处理获得
Figure 842815DEST_PATH_IMAGE060
。
在一些具体的实施例中，预生成的黑帧在波长维度的分量为
Figure 491969DEST_PATH_IMAGE061
，预生成的黑帧在图像维度的分 量为
Figure 607692DEST_PATH_IMAGE062
，其中，泛函
Figure 509789DEST_PATH_IMAGE063
表示
Figure 787187DEST_PATH_IMAGE064
和曝光时间
Figure 643410DEST_PATH_IMAGE065
的关系，泛函
Figure 359562DEST_PATH_IMAGE066
表示
Figure 116165DEST_PATH_IMAGE067
和温度T的关系，泛函
Figure 830043DEST_PATH_IMAGE068
表 示
Figure 436212DEST_PATH_IMAGE069
和曝光时间
Figure 893738DEST_PATH_IMAGE070
的关系, 泛函
Figure 504848DEST_PATH_IMAGE071
表示
Figure 389627DEST_PATH_IMAGE072
和温度T的关系。
在一些具体的实施例中，合并预生成黑帧在波长维度的分量和在图像维度的分量 获取完整的高光谱黑帧图像序列矩阵具体为：将预生成的黑帧在图像维度的分量复制至所 有当前波段
Figure 486022DEST_PATH_IMAGE073
中，并将每个波段的图像数据与预生成的黑帧在波长维度的分量在该波段 的值相乘获得完整的高光谱黑帧图像序列矩阵。
根据本发明的第三方面，提出了一种用于高光谱图像的黑帧标定***，该***包括：
黑帧数据采集单元：配置用于在同一测试温度、不同的曝光时间下，对拍摄波段进 行黑帧采集，获取黑帧数据集合
Figure 747239DEST_PATH_IMAGE074
，其中，
Figure 416117DEST_PATH_IMAGE075
表示图像坐标，
Figure 737377DEST_PATH_IMAGE076
表示 波长，
Figure 323997DEST_PATH_IMAGE077
表示曝光时间；
标定数据获取单元：基于图像维度和波长维度从黑帧数据集合获得第一波长维度 平均值
Figure 123326DEST_PATH_IMAGE078
和第一图像维度平均值
Figure 912291DEST_PATH_IMAGE079
，分别基于曝光时
Figure 935610DEST_PATH_IMAGE080
分别拟合第一波长维度平均值
Figure 475438DEST_PATH_IMAGE081
和第一图像维度平均值
Figure 875196DEST_PATH_IMAGE082
， 并保留初始曝光时间
Figure 315404DEST_PATH_IMAGE083
时的第一波长维度平均值
Figure 712887DEST_PATH_IMAGE084
和第一图像维度平 均值
Figure 2661DEST_PATH_IMAGE085
的标定数据。
在一些具体的实施例中，对于不包括温度传感器的高光谱设备：
黑帧数据采集单元还配置用于在初始曝光时间
Figure 143792DEST_PATH_IMAGE086
下，对于不同测试温度序列进 行拍摄以及黑帧采集，获取黑帧矩阵
Figure 704087DEST_PATH_IMAGE087
，其中，
Figure 538051DEST_PATH_IMAGE088
表示不同测试 温度，
Figure 318050DEST_PATH_IMAGE089
；
标定数据获取单元还配置用于基于图像维度和波长维度从黑帧数据集合获得第 二波长维度平均值
Figure 466135DEST_PATH_IMAGE090
和第二图像维度平均值
Figure 146515DEST_PATH_IMAGE091
，基 于初始测试温度
Figure 151380DEST_PATH_IMAGE092
分别拟合第二波长维度平均值
Figure 878728DEST_PATH_IMAGE093
和第二图像 维度平均值
Figure 627241DEST_PATH_IMAGE094
，并将初始测试温度
Figure 162127DEST_PATH_IMAGE095
时的第二波长维度平均值
Figure 275577DEST_PATH_IMAGE096
和第二图像维度平均值
Figure 528704DEST_PATH_IMAGE097
保存至标定数 据中。
在一些具体的实施例中，标定数据获取单元还用于获取在不同的光圈或增益值下的相应标定数据。不同光圈和内增益的黑帧信号会有不同，因此需要分别标定。
根据本发明的第四方面，提出了一种用于高光谱图像的黑帧矫正***，利用如上述的黑帧标定***，还包括：
数据获取单元：配置用于获取当前高光谱的拍摄参数，拍摄参数包括数字增益
Figure 316793DEST_PATH_IMAGE098
、波段
Figure 706186DEST_PATH_IMAGE099
、曝光时间
Figure 52854DEST_PATH_IMAGE100
和温度
Figure 527698DEST_PATH_IMAGE101
，并载入当前光圈和内增益对应的标定 数据，标定数据包括第一波长维度平均值
Figure 585390DEST_PATH_IMAGE102
、第一图像维度平均值
Figure 626028DEST_PATH_IMAGE103
、拟合系数矩阵
Figure 143597DEST_PATH_IMAGE104
和向量
Figure 607201DEST_PATH_IMAGE105
；
插值处理单元：配置用于对图像维度平均值作波段插值处理；
高光谱黑帧图像序列矩阵生成单元：配置用于分别预生成黑帧在波长维度的分量和在图像维度的分量，合并两分量获取完整的高光谱黑帧图像序列矩阵；
矫正单元：配置用于利用当前拍摄的高光谱图像去除高光谱黑帧图像序列矩阵与 数字增益
Figure 438891DEST_PATH_IMAGE106
的乘积，获得矫正后的高光谱图像。
本申请的一种用于高光谱图像的标定、矫正方法和***不仅可以免去每次重复拍摄黑帧的时间，同时又可以极大程度地减小需要存储占用的空间。用极少量的预存数据生成在不同温度、不同波段和不同曝光时间下对应的黑帧信号。其具有以下有益效果：此方法具有节约拍摄高光谱数据时间的特点，通过免去实时拍摄每个波段对应的黑帧从而节约大量的高光谱成像拍摄时间；具有占用存储空间小的技术特点。仅通过预存的极少量数据（单帧黑帧图像和其他参数）计算模拟获得不同曝光时间、不同波段甚至不同工作温度下对应的不同黑帧信号的数据；具有灵活应用的高适应性的特点，由于该方法下计算生成的黑帧可以涵盖任意曝光时间、任意波段甚至工作温度下对应的黑帧信号，同时对多传感器的高光谱设备依然有效，因此具有极高的适应和延展能力，可以用在多种不同的拍摄需求下。
附图说明
包括附图以提供对实施例的进一步理解并且附图被并入本说明书中并且构成本说明书的一部分。附图图示了实施例并且与描述一起用于解释本发明的原理。将容易认识到其它实施例和实施例的很多预期优点，因为通过引用以下详细描述，它们变得被更好地理解。附图的元件不一定是相互按照比例的。同样的附图标记指代对应的类似部件。
图1是根据本发明的一个实施例的用于高光谱图像的黑帧标定方法的流程图；
图2是根据本发明的一个具体的实施例的携带温度传感器的高光谱设备的黑帧标定方法的流程图；
图3是根据本发明的一个具体的实施例的不带温度传感器的高光谱设备的黑帧标定方法的流程图；
图4是根据本发明的一个实施例的用于高光谱图像的黑帧矫正方法的流程图；
图5是根据本发明的一个具体的实施例的携带温度传感器的高光谱设备的黑帧矫正方法的流程图；
图6是根据本发明的一个具体的实施例的不带温度传感器的高光谱设备的黑帧矫正方法的流程图；
图7是根据本发明的一个实施例的黑帧均值在波长维度的拟合效果图；
图8是根据本发明的一个实施例的黑帧均值在图像维度的某个波段上的矫正效果图；
图9是根据本发明的一个实施例的用于高光谱图像的黑帧标定***的框架示意图；
图10是根据本发明的一个实施例的用于高光谱图像的黑帧矫正***的框架示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
图1示出了根据本发明的一个实施例的用于高光谱图像的黑帧标定方法的流程图，如图1所示，该方法包括以下步骤：
S101：在同一测试温度、不同的曝光时间下，对拍摄波段进行黑帧采集，获取黑帧 数据集合
Figure 537297DEST_PATH_IMAGE107
，其中
Figure 225767DEST_PATH_IMAGE108
表示图像坐标，
Figure 675203DEST_PATH_IMAGE109
表示波长，
Figure 346137DEST_PATH_IMAGE110
表示曝光时间。
S102：基于图像维度和波长维度从黑帧数据集合获得第一波长维度平均值
Figure 564629DEST_PATH_IMAGE111
和第一图像维度平均值
Figure 220738DEST_PATH_IMAGE112
，分别基于曝光时间
Figure 95153DEST_PATH_IMAGE113
分别拟 合第一波长维度平均值
Figure 832427DEST_PATH_IMAGE114
和第一图像维度平均值
Figure 905425DEST_PATH_IMAGE115
，并 保留初始曝光时间
Figure 935698DEST_PATH_IMAGE116
时的第一波长维度平均值
Figure 94147DEST_PATH_IMAGE117
和第一图像维度平 均值
Figure 101024DEST_PATH_IMAGE118
的标定数据。
在具体的实施例中，第一波长维度平均值
Figure 294108DEST_PATH_IMAGE119
， 第一图像维度平均值
Figure 495282DEST_PATH_IMAGE120
，其中，
Figure 141027DEST_PATH_IMAGE121
表示波段数 量。波长维度的平均值反应了固定模式噪声FPN，利用平均值可以消除个体像素噪声的随机 涨落，图像维度的平均值可以获得每一帧图像的平均值，得到均值大小与波长之间的关系。
在具体的实施例中，拟合第一波长维度平均值
Figure 954525DEST_PATH_IMAGE122
和第一图像维度 平均值
Figure 798853DEST_PATH_IMAGE123
的拟合系数分别为矩阵
Figure 170928DEST_PATH_IMAGE124
和向量
Figure 507232DEST_PATH_IMAGE125
，均采用多项式函数 拟合。其中，利用泛函
Figure 935806DEST_PATH_IMAGE126
表示
Figure 837903DEST_PATH_IMAGE127
和曝光时间
Figure 380880DEST_PATH_IMAGE128
的关系，泛函
Figure 237103DEST_PATH_IMAGE129
表示
Figure 156517DEST_PATH_IMAGE130
和曝 光时间
Figure 913120DEST_PATH_IMAGE131
的关系，拟合第一波长维度平均
Figure 830261DEST_PATH_IMAGE132
和第一图像维度平均值
Figure 937894DEST_PATH_IMAGE133
的拟合系数分别为矩阵
Figure 690693DEST_PATH_IMAGE134
和向量
Figure 36224DEST_PATH_IMAGE135
，以上拟合均采用多项式函数 拟合。
在图像传感器携带温度传感器的实施例中，上述标定方法还包括以下步骤：
S103：在初始曝光时间
Figure 186582DEST_PATH_IMAGE136
下，对于不同测试温度序列进行拍摄以及黑帧采集，获取 黑帧矩阵
Figure 17397DEST_PATH_IMAGE137
，其中，
Figure 13035DEST_PATH_IMAGE138
表示不同测试温度
Figure 744231DEST_PATH_IMAGE139
。
S104：基于图像维度和波长维度从黑帧数据集合获得第二波长维度平均值
Figure 65491DEST_PATH_IMAGE140
和第二图像维度平均值
Figure 120952DEST_PATH_IMAGE141
，基于初始测试温度
Figure 451440DEST_PATH_IMAGE142
分别拟合第二波长维度平均值
Figure 37142DEST_PATH_IMAGE143
和第二图像维度平均值
Figure 263724DEST_PATH_IMAGE144
，并将初始测试温度
Figure 69131DEST_PATH_IMAGE145
时的第二波长维度平均值
Figure 672151DEST_PATH_IMAGE146
和第二图像维度平均值
Figure 846780DEST_PATH_IMAGE147
保存至标定数据中。
在具体的实施例中，第二与波长维度平均值
Figure 509843DEST_PATH_IMAGE148
和第二图 像维度平均值
Figure 534037DEST_PATH_IMAGE149
的计算方式同步骤S102。其中，利用泛函
Figure 206327DEST_PATH_IMAGE150
表示
Figure 766621DEST_PATH_IMAGE151
和温度T的关系，泛函
Figure 335006DEST_PATH_IMAGE152
表示
Figure 115005DEST_PATH_IMAGE153
和温度T的关系。拟合第二波长 维度平均值
Figure 263090DEST_PATH_IMAGE154
和第二图像维度平均值
Figure 943470DEST_PATH_IMAGE155
的拟合 系数分别为矩阵
Figure 682756DEST_PATH_IMAGE156
和向量
Figure 386269DEST_PATH_IMAGE157
。
在一些其他的实施例中，在不同的光圈或增益值下，重复步骤S101-S104并获得相应标定数据，以应对不同参数下的高光谱图像的黑帧处理。
继续参考图2，图2示出了根据本发明的一个具体的实施例的携带温度传感器的高光谱设备的黑帧标定方法的流程图，在图像传感器携带温度检测传感器的情况下，能够自动获得更准确的黑帧数据，如图2所示，包括以下步骤：
步骤201：在默认的光圈、内增益（非数字增益）下，将设备置于温控箱，调节至常用 测试温度，并将设备开启预热至温度稳定。在
Figure 627458DEST_PATH_IMAGE158
的曝光时间拍摄下，获得传感器平均温度
Figure 162345DEST_PATH_IMAGE159
。
Figure 806953DEST_PATH_IMAGE160
和
Figure 794500DEST_PATH_IMAGE161
均为温度和曝光时间标定的起始默认值，该值最好为常用的中间值，以使得 拟合矫正的偏移误差尽可能小。
步骤202：在不同的曝光时间下（如1ms到1s的序列）对所有可拍摄的波段（如1nm间 隔）进行黑帧采集，得到数据集合
Figure 284388DEST_PATH_IMAGE162
。可以根据变化程度或使用频度调整 曝光时间的采样间隔，根据具体应用场景选取，也可以在工作波长范围内取尽可能连续的 波长，如以每1nm为间隔，来实现精细的矫正。该数据集合
Figure 142622DEST_PATH_IMAGE163
为同一环境温度 下对所有可拍摄波段和曝光时间采样遍历后的数据集合，用于后面的特征提取和标定。其 中，
Figure 459596DEST_PATH_IMAGE164
y表示图像坐标，
Figure 137702DEST_PATH_IMAGE165
表示波长，
Figure 493597DEST_PATH_IMAGE166
表示曝光时间。
步骤203：分别对黑帧集合以波长维度和图像维度求平均值，得到
Figure 206338DEST_PATH_IMAGE167
和
Figure 927170DEST_PATH_IMAGE168
。具体的，
Figure 358151DEST_PATH_IMAGE169
，
Figure 455420DEST_PATH_IMAGE170
；波长维度的平均值
Figure 317940DEST_PATH_IMAGE171
反 映了FPN（固定模式噪声），
Figure 475252DEST_PATH_IMAGE172
代表波段数量。其中个体像素噪声的随机涨落被求平均值的 方法消除；图像维度的平均值
Figure 127950DEST_PATH_IMAGE173
即求得每一帧图像的平均值，得到其 均值大小与波长之间的关系。
步骤204：对
Figure 28910DEST_PATH_IMAGE174
分别拟合
Figure 716244DEST_PATH_IMAGE175
和
Figure 778878DEST_PATH_IMAGE176
，拟合系数记为向量
Figure 918872DEST_PATH_IMAGE177
和矩阵
Figure 859408DEST_PATH_IMAGE178
，用函数
Figure 197986DEST_PATH_IMAGE179
和
Figure 697100DEST_PATH_IMAGE180
分别表示
Figure 324391DEST_PATH_IMAGE181
、
Figure 567153DEST_PATH_IMAGE182
和曝光时间
Figure 229079DEST_PATH_IMAGE183
的关系，保留
Figure 633515DEST_PATH_IMAGE184
时
Figure 986917DEST_PATH_IMAGE185
和
Figure 33370DEST_PATH_IMAGE186
的值
Figure 346540DEST_PATH_IMAGE187
、
Figure 187457DEST_PATH_IMAGE188
。对
Figure 523761DEST_PATH_IMAGE189
拟合使用二阶多项式函数拟合。对
Figure 108326DEST_PATH_IMAGE190
拟合是黑帧图像不同像素的FPN随着曝光时间的 细微变化，通常曝光时间越长，热像素越多，暗噪声的涨落越大，该变化关系同样可以用多 项式函数拟合，若用三阶多项式拟合，则获得的系数矩阵bxyt的维度大小为X*Y*3。
步骤205：调节温控箱的温度至其他不同的测试温度序列, 待设备温度稳定后，挑 选曝光时间
Figure 479264DEST_PATH_IMAGE191
，拍摄黑帧得到传感器的平均温度序列
Figure 726968DEST_PATH_IMAGE192
，和对应的黑帧矩阵
Figure 816147DEST_PATH_IMAGE194
。
步骤206：分别对黑帧集合
Figure 735561DEST_PATH_IMAGE195
以图像维度和波长维度求平均值，得到
Figure 226586DEST_PATH_IMAGE196
和
Figure 143726DEST_PATH_IMAGE197
。该步骤所采用的的方法同步骤203。
步骤207：对
Figure 251359DEST_PATH_IMAGE198
分别拟合
Figure 410683DEST_PATH_IMAGE199
和
Figure 552951DEST_PATH_IMAGE200
，拟合系数分别记为
Figure 172151DEST_PATH_IMAGE201
和
Figure 298239DEST_PATH_IMAGE202
，用函数
Figure 60921DEST_PATH_IMAGE203
和
Figure 995379DEST_PATH_IMAGE204
分别表示
Figure 51060DEST_PATH_IMAGE205
、
Figure 867706DEST_PATH_IMAGE206
和传感器温
Figure 714307DEST_PATH_IMAGE207
的关系，保 留
Figure 300009DEST_PATH_IMAGE208
时的值
Figure 729853DEST_PATH_IMAGE209
和
Figure 299375DEST_PATH_IMAGE210
。与 前述获得曝光时间
Figure 105657DEST_PATH_IMAGE211
与平均值
Figure 47330DEST_PATH_IMAGE212
和
Figure 241551DEST_PATH_IMAGE213
变化关系的做法类似，求得新数据集合在 图像和波长维度的平均值与传感器温度
Figure 298369DEST_PATH_IMAGE214
的变化之间的关系。
步骤208：若有其他光圈或内增益值，在不同的光圈或增益值下，重复以上所有标定过程并存储相对应的数据。由于不同光圈和内增益下的黑帧信号会有所不同，因此如果高光谱相机的传感器存在其他光圈值或增益值（非数字增益）的情况，需要重复以上步骤分别标定。
图3示出了根据本发明的一个具体的实施例的不带温度传感器的高光谱设备的黑帧标定方法的流程图，本实施例以一台不带温度传感器的FPI高光谱设备（该设备具有不可调节的内增益和光圈值，并且同时内置了两块传感器做拍摄波段的扩充，每块传感器分辨率均为1024*1024）为例，试图自动生成相应黑帧并获得平场矫正。运用此方法，实现对不同拍摄场景（如400-700nm，100个波段，每帧曝光时间10ms为例）下运用少量的预存数据进行自动黑帧生成并获得高光谱图像平场矫正的去黑帧效果。如图3所示，该方法包括以下步骤：
步骤301：在默认的光圈、内增益（非数字增益）和使用温度下（包括风扇、水冷等散热装置的运行下）将设备开启预热至温度稳定。
步骤302：在不同的曝光时间下（1ms到1s的序列)，对设备中第一块传感器的所有 可拍摄的波段进行黑帧采集，得到数据集合
Figure 352DEST_PATH_IMAGE215
。具体的，本实施例中使用了 1、10、20、30、50、100、200、300、500、1000ms的曝光序列，对设备中第一块传感器的所有可拍 摄的波段进行黑帧采集（400-700nm，1nm间隔），由于该高光谱设备由两块传感器拼接工作， 因此需要对其分开做标定，先对其中一块在其工作波段内做标定。
步骤303：分别对黑帧集合做图像维度和波长维度的平均值，得到
Figure 498330DEST_PATH_IMAGE216
和
Figure 332293DEST_PATH_IMAGE217
。具体的，
Figure 345249DEST_PATH_IMAGE218
，
Figure 791536DEST_PATH_IMAGE219
，其中
Figure 471916DEST_PATH_IMAGE220
是大小为 1024*1024*10的矩阵，
Figure 476781DEST_PATH_IMAGE221
是大小为300*10的矩阵。
步骤304：对
Figure 977032DEST_PATH_IMAGE222
拟合
Figure 229940DEST_PATH_IMAGE223
，用二次函数
Figure 499247DEST_PATH_IMAGE224
拟合
Figure 675014DEST_PATH_IMAGE225
和积分时间
Figure 865824DEST_PATH_IMAGE226
的关 系，拟合系数记为向量
Figure 152449DEST_PATH_IMAGE227
（300*3）。保留
Figure 43307DEST_PATH_IMAGE228
时
Figure 389974DEST_PATH_IMAGE229
的值
Figure 864818DEST_PATH_IMAGE230
。
步骤305：对
Figure 158396DEST_PATH_IMAGE231
拟合
Figure 900831DEST_PATH_IMAGE232
，用三次函数
Figure 683979DEST_PATH_IMAGE233
拟合
Figure 380539DEST_PATH_IMAGE234
和积分时间
Figure 212229DEST_PATH_IMAGE235
的关系，拟 合系数记为矩阵
Figure 841794DEST_PATH_IMAGE236
（1024*1024*4）。保留
Figure 234991DEST_PATH_IMAGE237
时
Figure 684427DEST_PATH_IMAGE238
的值
Figure 116545DEST_PATH_IMAGE239
。 在具体的实施例中，图7示出了两个sensor黑帧均值在波长维度的拟合效果。
步骤306：对该高光谱相机内的另一块传感器，重复以上标定过程并存储相对应的数据，两者的数据合并存储为该台设备的标定数据。
图4示出了根据本发明的一个实施例的用于高光谱图像的黑帧矫正方法的流程图，如图4所示，该矫正方法包括：
S401：获取当前高光谱的拍摄参数，拍摄参数包括数字增益
Figure 803879DEST_PATH_IMAGE240
、波段
Figure 397671DEST_PATH_IMAGE241
、曝 光时间
Figure 827079DEST_PATH_IMAGE242
和温度
Figure 531730DEST_PATH_IMAGE243
，并载入当前光圈和内增益对应的标定数据，标定数据包括第 一图像维度平均值
Figure 870307DEST_PATH_IMAGE244
、第一波长维度平均值
Figure 900580DEST_PATH_IMAGE245
、拟合系 数
Figure 560494DEST_PATH_IMAGE246
和
Figure 537677DEST_PATH_IMAGE247
。
S402：对图像维度平均值作波段插值处理。
在具体的实施例中，对于不具有温度传感器的高光谱设备，对第一图像维度平均 值
Figure 465182DEST_PATH_IMAGE248
作实际的波段插值处理获得
Figure 931935DEST_PATH_IMAGE249
；对于具有温 度传感器的高光谱设备，对第二图像维度平均值
Figure 780942DEST_PATH_IMAGE250
作实际的波段 插值处理获得
Figure 857090DEST_PATH_IMAGE251
。
S403：分别预生成黑帧在波长维度的分量和在图像维度的分量，合并两分量获取完整的高光谱黑帧图像序列矩阵。
在具体的实施例中，对于不具有温度传感器的高光谱设备，预生成的黑帧在波长维度 的分量为
Figure 435838DEST_PATH_IMAGE252
，预生成的黑帧在图 像维度的分量为
Figure 542335DEST_PATH_IMAGE253
其 中，泛函
Figure 176841DEST_PATH_IMAGE254
表示
Figure 292564DEST_PATH_IMAGE255
和曝光时间
Figure 194661DEST_PATH_IMAGE256
的关系，泛函
Figure 737638DEST_PATH_IMAGE257
表示
Figure 862370DEST_PATH_IMAGE258
和曝光时间
Figure 516205DEST_PATH_IMAGE259
的 关系。
在具体的实施例中，对于具有温度传感器的高光谱设备，预生成的黑帧在波长维 度的分量为
Figure 272808DEST_PATH_IMAGE261
，预生成的黑 帧在图像维度的分量为
Figure 252266DEST_PATH_IMAGE263
， 其中，泛函
Figure 595784DEST_PATH_IMAGE264
表示
Figure 850048DEST_PATH_IMAGE265
和曝光时间
Figure 726737DEST_PATH_IMAGE266
的关系，泛函
Figure 345938DEST_PATH_IMAGE267
表示
Figure 173823DEST_PATH_IMAGE268
和温度T的关 系，泛函
Figure 700619DEST_PATH_IMAGE269
表示
Figure 431815DEST_PATH_IMAGE270
和曝光时间
Figure 690758DEST_PATH_IMAGE266
的关系, 泛函
Figure 8869DEST_PATH_IMAGE271
表示
Figure 73777DEST_PATH_IMAGE272
和温度T 的关系。
在具体的实施例中，将预生成的黑帧在图像维度的分量复制至所有当前波段
Figure 659479DEST_PATH_IMAGE273
中，并将每个波段的图像数据与预生成的黑帧在波长维度的分量在该波段的值相乘获得完 整的高光谱黑帧图像序列矩阵。
S404：利用当前拍摄的高光谱图像去除高光谱黑帧图像序列矩阵与数字增益
Figure 354903DEST_PATH_IMAGE274
的乘积，获得矫正后的高光谱图像。
继续参考图5，图5示出了根据本发明的一个具体的实施例的携带温度传感器的高光谱设备的黑帧矫正方法的流程图，如图5所示，包括以下步骤：
步骤501：获得当前高光谱的拍摄参数：增益
Figure 924424DEST_PATH_IMAGE275
，波段
Figure 777978DEST_PATH_IMAGE276
，曝光时间
Figure 687028DEST_PATH_IMAGE277
，传 感器温度
Figure 84511DEST_PATH_IMAGE278
。
步骤502：载入当前光圈和内增益对应的预存储值
Figure 406908DEST_PATH_IMAGE280
、
Figure 846242DEST_PATH_IMAGE281
和 系数
Figure 140957DEST_PATH_IMAGE282
、
Figure 974921DEST_PATH_IMAGE283
。
步骤503：对
Figure 486412DEST_PATH_IMAGE285
做波段插值处理得到
Figure 431234DEST_PATH_IMAGE287
。 即实际的拍摄波段可能是高光谱设备可拍摄波段范围的一部分或某几个波段，通过插值方 式获得实际拍摄波段
Figure 111614DEST_PATH_IMAGE288
对应的
Figure 319741DEST_PATH_IMAGE290
；
步骤504：预生成的黑帧在波长维度的分量为
Figure 85572DEST_PATH_IMAGE291
。该公式给 出了通过之前标定和拟合的数据模拟计算出在实际曝光时间，
Figure 69971DEST_PATH_IMAGE292
和工作温度
Figure 808120DEST_PATH_IMAGE293
下 的
Figure 780624DEST_PATH_IMAGE295
分量。
步骤505：预生成的黑帧在图像维度的分量为
Figure 803724DEST_PATH_IMAGE296
。该公式给出了 通过之前标定和拟合的数据模拟计算出在实际曝光时间，
Figure 824770DEST_PATH_IMAGE297
和工作温度
Figure 948584DEST_PATH_IMAGE298
下的
Figure 295251DEST_PATH_IMAGE299
分量。
步骤506：完整的预生成的高光谱黑帧
Figure 537139DEST_PATH_IMAGE301
为
Figure 627455DEST_PATH_IMAGE303
与
Figure 871355DEST_PATH_IMAGE305
维度填充得到的三维矩 阵。把图像维度的黑帧分量
Figure 123344DEST_PATH_IMAGE307
复制至所有当前波段
Figure 288746DEST_PATH_IMAGE308
，并将每个 波段的图像数据与波长维度的黑帧分量在该波段的值（看作增益系数）相乘，得到完整的三 维高光谱黑帧数组
Figure 212447DEST_PATH_IMAGE310
。
步骤507：将当前拍摄的高光谱图像减去
Figure 576432DEST_PATH_IMAGE312
*
Figure 202585DEST_PATH_IMAGE313
，即得到黑帧矫正后的高光谱图像。
在另一实施例中，图6示出了根据本发明的一个具体的实施例的不带温度传感器 的高光谱设备的黑帧矫正方法的流程图，当如图3中的标定方法建立了完整的黑帧特性标 定并存储了必要数据（一帧图像数据，一条光谱数据和两套多项式拟合参数）后，便可以对 接下来运用该设备拍摄的高光谱数据进行自动黑帧的生成和矫正操作。如图6所示，假设当 前拍摄波段序列wact有200个波长，曝光时间为
Figure 652021DEST_PATH_IMAGE314
，每块sensor的矫正包括以下步骤：
步骤601：获得当前高光谱相机的拍摄参数，包括数字增益
Figure 585604DEST_PATH_IMAGE315
、波段
Figure 538517DEST_PATH_IMAGE316
和曝 光时间
Figure 663468DEST_PATH_IMAGE317
。
步骤602：载入标定好的预存储
Figure 537883DEST_PATH_IMAGE319
、
Figure 266368DEST_PATH_IMAGE321
和拟合系数
Figure 604945DEST_PATH_IMAGE322
、
Figure 635218DEST_PATH_IMAGE323
。
步骤603：对
Figure 996929DEST_PATH_IMAGE324
预存值做实际的波段插值处理得到
Figure 36430DEST_PATH_IMAGE325
。
步骤604：预生成的黑帧在波长维度的分量为
Figure 668662DEST_PATH_IMAGE327
。
步骤605：预生成的黑帧在图像维度的分量为
Figure 135415DEST_PATH_IMAGE329
。
步骤606：完整的预生成的高光谱黑帧
Figure 984422DEST_PATH_IMAGE331
为
Figure 562034DEST_PATH_IMAGE332
与
Figure 78466DEST_PATH_IMAGE334
维度填充得到的三维矩阵。合并以上得到 的两个分量
Figure 919383DEST_PATH_IMAGE336
和
Figure 19801DEST_PATH_IMAGE338
，得到完整的高光谱黑帧图像序 列的矩阵。具体做法为：把图像维度的黑帧分量
Figure 338787DEST_PATH_IMAGE339
复制至所有当前波 段
Figure 709725DEST_PATH_IMAGE340
，并将每个波段的图像数据与波长维度的黑帧分量
Figure 721544DEST_PATH_IMAGE341
在该波 段的值（看作增益系数）相乘，得到完整的三维高光谱黑帧数组
Figure 545143DEST_PATH_IMAGE343
，其维度大小为1024*1024*200。
步骤607：将当前拍摄的高光谱图像减去
Figure 933399DEST_PATH_IMAGE345
*
Figure 955582DEST_PATH_IMAGE346
， 即得到来自同一块传感器的黑帧矫正后的高光谱数据。来自另一块传感器的数据按照以上 步骤做同样的计算处理，最终便得到在当前拍摄波段序列
Figure 639766DEST_PATH_IMAGE347
和曝光时间
Figure 216241DEST_PATH_IMAGE348
下的完 整的黑帧矫正后的高光谱图像。在一个具体的实施例中，图8示出了黑帧在图像维度的某个 波段上的矫正效果，获得去除黑帧后的高光谱图像。
继续参考图9，图9示出了根据本发明的一个实施例的用于高光谱图像的黑帧标定 ***的框架示意图，如图9所示，该***包括黑帧数据采集单元701和标定数据获取单元 702，其中，黑帧数据采集单元701配置用于在同一测试温度、不同的曝光时间下，对拍摄波 段进行黑帧采集，获取黑帧数据集合
Figure 142609DEST_PATH_IMAGE349
，其中，
Figure 222560DEST_PATH_IMAGE350
表示图像坐标，
Figure 841761DEST_PATH_IMAGE351
表 示波长，
Figure 374373DEST_PATH_IMAGE352
表示曝光时间；在初始曝光时间
Figure 901169DEST_PATH_IMAGE353
下，对于不同测试温度序列进行拍摄以及黑 帧采集，获取黑帧矩阵
Figure 74443DEST_PATH_IMAGE354
，其中，
Figure 864544DEST_PATH_IMAGE355
表示不同测试温度，
Figure 946770DEST_PATH_IMAGE356
。标定数据获取单元702配置用于基于图像维度和波长维度从黑帧数据集 合获得第一波长维度平均值
Figure 949361DEST_PATH_IMAGE357
和第一图像维度平均值
Figure 800642DEST_PATH_IMAGE358
， 分别基于曝光时间
Figure 496065DEST_PATH_IMAGE359
分别拟合第一波长维度平均值
Figure 35893DEST_PATH_IMAGE360
和第一图像维度平均值
Figure 638913DEST_PATH_IMAGE361
，并保留初始曝光时间
Figure 344701DEST_PATH_IMAGE362
时的第一波长维度平均值
Figure 742184DEST_PATH_IMAGE364
和第一图像维度平均值
Figure 31958DEST_PATH_IMAGE366
；基于图像维度和波长维度从黑帧数据集合获得 第二波长维度平均值
Figure 173089DEST_PATH_IMAGE368
和第二图像维度平均值
Figure 202225DEST_PATH_IMAGE369
， 基于初始测试温度
Figure 36189DEST_PATH_IMAGE370
分别拟合第二波长维度平均值
Figure 816188DEST_PATH_IMAGE372
和第二 图像维度平均值
Figure 761011DEST_PATH_IMAGE374
，并保留初始测试温度
Figure 175811DEST_PATH_IMAGE375
时的第二波长维 度平均值
Figure 383939DEST_PATH_IMAGE376
和第二图像维度平均值
Figure 884190DEST_PATH_IMAGE378
。
图10示出了根据本根据本发明的一个实施例的用于高光谱图像的黑帧矫正*** 的框架示意图，如图10所示，该***在图9中的黑帧标定***获取到的相关标定数据的基础 上，还包括数据获取单元801、插值处理单元802、高光谱黑帧图像序列矩阵生成单元803和 矫正单元804。其中，数据获取模块801配置用于获取当前高光谱的拍摄参数，拍摄参数包括 数字增益
Figure 211134DEST_PATH_IMAGE379
、波段
Figure 277179DEST_PATH_IMAGE380
、曝光时间
Figure 688831DEST_PATH_IMAGE381
和温度
Figure 676378DEST_PATH_IMAGE382
，并载入当前光圈和内增益对 应的标定数据，标定数据包括第一波长维度平均值
Figure 963003DEST_PATH_IMAGE383
、第一图像维度平 均值
Figure 352396DEST_PATH_IMAGE384
、拟合系数矩阵
Figure 197599DEST_PATH_IMAGE385
和向量
Figure 406864DEST_PATH_IMAGE386
；插值处理模块802配置用于 对第二图像维度平均值
Figure 231600DEST_PATH_IMAGE388
作波段插值处理获得
Figure 475500DEST_PATH_IMAGE390
；高光谱黑帧图像序列矩阵生成单元803配置用于分别预生成黑帧在波长维度的分量和在 图像维度的分量，合并两分量获取完整的高光谱黑帧图像序列矩阵；矫正单元804配置用于 利用当前拍摄的高光谱图像去除高光谱黑帧图像序列矩阵与数字增益
Figure 494533DEST_PATH_IMAGE391
的乘积，获得 矫正后的高光谱图像。
本申请的对高光谱图像中的黑帧的标定和矫正方法和***，对传感器黑帧数据进行标定和正提取后，自动计算生成所需的黑帧数据，针对高光谱同一个影像传感器会拍摄多帧的特点，提取出多帧共享的同一黑帧特性数据用于进行黑帧或平场矫正，并进行实时的黑帧扣除处理，大大节约了高光谱用于黑帧矫正的拍摄时间。通过黑帧信号本身的特点，找到其在不同的曝光时间，不同的波段，不同的传感器温度下的变化规律，提取出少量的必要信息作为预存数据，实时计算重构复现出不同拍摄参数场景下完整的高光谱黑帧数据，大大节约了预存数据空间。预存的单帧黑帧数据为多帧求平均值的结果，直接反映了传感器本身的固定噪声模式，减少了随机热噪声的影响。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式或对具体实施方式的说明，本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (16)

1.一种用于高光谱图像的黑帧标定方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：在同一测试温度、不同的曝光时间下，对拍摄波段进行黑帧采集，获取黑帧数据集 合
Figure 274182DEST_PATH_IMAGE002
，其中，
Figure 850044DEST_PATH_IMAGE004
表示图像坐标，
Figure 160940DEST_PATH_IMAGE006
表示波长，
Figure 228253DEST_PATH_IMAGE008
表示曝光时间；
S2：基于图像维度和波长维度从所述黑帧数据集合获得第一波长维度平均值
Figure 573783DEST_PATH_IMAGE010
和第一图像维度平均值
Figure 52038DEST_PATH_IMAGE012
，分别基于曝光时间
Figure DEST_PATH_IMAGE014
分别拟合所述 第一波长维度平均值
Figure 522334DEST_PATH_IMAGE016
和第一图像维度平均值
Figure 377026DEST_PATH_IMAGE018
，并保留初始曝光 时间
Figure 842642DEST_PATH_IMAGE020
时的第一波长维度平均值
Figure 242531DEST_PATH_IMAGE022
和第一图像维度平均值
Figure DEST_PATH_IMAGE024
的 标定数据。
2.根据权利要求1所述的用于高光谱图像的黑帧标定方法，其特征在于，对于包括温度传感器的高光谱设备，还包括：
在所述初始曝光时间
Figure DEST_PATH_IMAGE026
下，对于不同测试温度序列进行拍摄以及黑帧采集，获取黑帧 矩阵
Figure DEST_PATH_IMAGE028
，其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE030
表示不同测试温度，
Figure 305515DEST_PATH_IMAGE032
；
S4：基于图像维度和波长维度从所述黑帧数据集合获得第二波长维度平均值
Figure 573685DEST_PATH_IMAGE034
和第二图像维度平均值
Figure 503595DEST_PATH_IMAGE036
，基于初始测试温度
Figure 464598DEST_PATH_IMAGE038
分别拟合所述第二波长维度平均值
Figure 627595DEST_PATH_IMAGE040
和第二图像维度平均值
Figure 309243DEST_PATH_IMAGE042
，并将初始测试温度
Figure 749452DEST_PATH_IMAGE044
时的第二波长维度平均值
Figure 740410DEST_PATH_IMAGE046
和第二图像维度平均值
Figure 490DEST_PATH_IMAGE048
保存至所述标 定数据中。
3.根据权利要求2所述的用于高光谱图像的黑帧标定方法，其特征在于，所述第一波长 维度平均值
Figure 751409DEST_PATH_IMAGE050
，所述第一图像维度平均值
Figure 905178DEST_PATH_IMAGE052
，所述第二波长维度平均值
Figure 207984DEST_PATH_IMAGE054
，所述第二图像维度平均值
Figure 565147DEST_PATH_IMAGE056
，其中，
Figure 978811DEST_PATH_IMAGE058
表示波段数量。
4.根据权利要求1所述的用于高光谱图像的黑帧标定方法，其特征在于，所述步骤S2中 拟合所述第一波长维度平均值
Figure 255596DEST_PATH_IMAGE059
和第一图像维度平均值
Figure 729303DEST_PATH_IMAGE060
的 拟合系数分别为矩阵
Figure 573762DEST_PATH_IMAGE062
和向量
Figure 525537DEST_PATH_IMAGE064
，均采用多项式函数拟合。
5.根据权利要求2所述的用于高光谱图像的黑帧标定方法，其特征在于，所述步骤S4中 拟合所述第二波长维度平均值
Figure 919478DEST_PATH_IMAGE066
和第二图像维度平均值
Figure DEST_PATH_IMAGE067
的拟合系数分别为矩阵
Figure DEST_PATH_IMAGE069
和向量
Figure DEST_PATH_IMAGE071
。
6.根据权利要求1或2所述的用于高光谱图像的黑帧标定方法，其特征在于，还包括在不同的光圈或增益值下，获取相应标定数据。
7.一种用于高光谱图像的黑帧矫正方法，利用权利要求1-5中任一项所述的黑帧标定方法，其特征在于，包括：
获取当前高光谱的拍摄参数，所述拍摄参数包括数字增益
Figure 157562DEST_PATH_IMAGE073
、波段
Figure 489317DEST_PATH_IMAGE075
、曝光时 间
Figure 510363DEST_PATH_IMAGE077
和温度
Figure 227652DEST_PATH_IMAGE079
，并载入当前光圈和内增益对应的标定数据，所述标定数据包括第一 图像维度平均值
Figure DEST_PATH_IMAGE080
、第一波长维度平均值
Figure DEST_PATH_IMAGE082
、拟合系数
Figure 980844DEST_PATH_IMAGE083
和
Figure DEST_PATH_IMAGE084
；
对图像维度平均值作波段插值处理；
分别预生成黑帧在波长维度的分量和在图像维度的分量，合并两分量获取完整的高光谱黑帧图像序列矩阵；
利用当前拍摄的高光谱图像去除所述高光谱黑帧图像序列矩阵与所述数字增益
Figure DEST_PATH_IMAGE086
的乘积，获得矫正后的高光谱图像。
8.根据权利要求7所述的用于高光谱图像的黑帧矫正方法，其特征在于，对于不具有温 度传感器的高光谱设备，对所述第一图像维度平均值
Figure DEST_PATH_IMAGE088
作实际的波段插 值处理获得
Figure 905288DEST_PATH_IMAGE090
。
9.根据权利要求8所述的用于高光谱图像的黑帧矫正方法，其特征在于，预生成的黑帧 在波长维度的分量为
Figure DEST_PATH_IMAGE092
， 预生成的黑帧在图像维度的分量为
Figure DEST_PATH_IMAGE094
其中，泛函
Figure DEST_PATH_IMAGE096
表示
Figure DEST_PATH_IMAGE098
和曝光时间
Figure 854658DEST_PATH_IMAGE099
的关系，泛函
Figure 442766DEST_PATH_IMAGE101
表示
Figure 553810DEST_PATH_IMAGE103
和曝光时间
Figure DEST_PATH_IMAGE104
的关系。
10.根据权利要求7所述的用于高光谱图像的黑帧矫正方法，其特征在于，对于具有温 度传感器的高光谱设备，对第二图像维度平均值
Figure DEST_PATH_IMAGE106
作实际的波段插值处 理获得
Figure 188054DEST_PATH_IMAGE108
。
11.根据权利要求10所述的用于高光谱图像的黑帧矫正方法，其特征在于，预生成的黑 帧在波长维度的分量为
Figure 412886DEST_PATH_IMAGE110
，预生成的黑帧在图像维度的分量为
Figure 245713DEST_PATH_IMAGE112
，其中，泛函
Figure 12812DEST_PATH_IMAGE114
表示
Figure DEST_PATH_IMAGE116
和曝光时间
Figure 586881DEST_PATH_IMAGE117
的关系，泛函
Figure 628787DEST_PATH_IMAGE119
表示
Figure 50541DEST_PATH_IMAGE121
和温度T的关系，泛函
Figure 503388DEST_PATH_IMAGE123
表示
Figure 643382DEST_PATH_IMAGE125
和曝光时间
Figure 488978DEST_PATH_IMAGE117
的关系, 泛函
Figure DEST_PATH_IMAGE127
表示
Figure 686610DEST_PATH_IMAGE128
和温度T的关系。
12.根据权利要求7所述的用于高光谱图像的黑帧矫正方法，其特征在于，合并所述预 生成黑帧在波长维度的分量和在图像维度的分量获取完整的高光谱黑帧图像序列矩阵具 体为：将预生成的黑帧在图像维度的分量复制至所有当前波段
Figure DEST_PATH_IMAGE129
中，并将每个波段的图像 数据与预生成的黑帧在波长维度的分量在该波段的值相乘获得完整的高光谱黑帧图像序 列矩阵。
13.一种用于高光谱图像的黑帧标定***，其特征在于，包括：
黑帧数据采集单元：配置用于在同一测试温度、不同的曝光时间下，对拍摄波段进行黑 帧采集，获取黑帧数据集合
Figure 857829DEST_PATH_IMAGE131
，其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE132
表示图像坐标，
Figure DEST_PATH_IMAGE134
表示波长，
Figure 567944DEST_PATH_IMAGE104
表示曝 光时间；
标定数据获取单元：基于图像维度和波长维度从所述黑帧数据集合获得第一波长维度 平均值
Figure DEST_PATH_IMAGE136
和第一图像维度平均值
Figure DEST_PATH_IMAGE137
，分别基于曝光时间
Figure DEST_PATH_IMAGE138
分别 拟合所述第一波长维度平均值
Figure DEST_PATH_IMAGE140
和第一图像维度平均值
Figure DEST_PATH_IMAGE141
，并保留初始曝光时间
Figure DEST_PATH_IMAGE142
时的第一波长维度平均值
Figure DEST_PATH_IMAGE143
和第一图像维度平均值
Figure DEST_PATH_IMAGE144
的标定数据。
14.根据权利要求13所述的用于高光谱图像的黑帧标定***，其特征在于，对于不包括温度传感器的高光谱设备：
所述黑帧数据采集单元还配置用于在初始曝光时间
Figure DEST_PATH_IMAGE145
下，对于不同测试温度序列进行 拍摄以及黑帧采集，获取黑帧矩阵
Figure DEST_PATH_IMAGE147
，其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE148
表示不同测试温 度，
Figure DEST_PATH_IMAGE149
；
所述标定数据获取单元还配置用于基于图像维度和波长维度从所述黑帧数据集合获 得第二波长维度平均值
Figure DEST_PATH_IMAGE151
和第二图像维度平均值
Figure DEST_PATH_IMAGE153
，基于初始测试温度
Figure DEST_PATH_IMAGE154
分别拟合所述第二波长维度平均值
Figure DEST_PATH_IMAGE156
和第二图像维度平均值
Figure DEST_PATH_IMAGE158
，并将初始测试温度
Figure DEST_PATH_IMAGE159
时的第二波长维度平均值
Figure DEST_PATH_IMAGE161
和第二图像维度平均值
Figure DEST_PATH_IMAGE163
保存至所述标定数据中。
15.根据权利要求13所述的用于高光谱图像的黑帧标定***，其特征在于，所述标定数据获取单元还用于获取在不同的光圈或增益值下的相应标定数据。
16.一种用于高光谱图像的黑帧矫正***，利用如权利要求13-15中任一所述的黑帧标定***，其特征在于，还包括：
数据获取单元：配置用于获取当前高光谱的拍摄参数，所述拍摄参数包括数字增益
Figure DEST_PATH_IMAGE165
、波段
Figure DEST_PATH_IMAGE167
、曝光时间
Figure DEST_PATH_IMAGE168
和温度
Figure DEST_PATH_IMAGE170
，并载入当前光圈和内增益对应的标定数 据，所述标定数据包括第一波长维度平均值
Figure DEST_PATH_IMAGE171
、第一图像维度平均值
Figure DEST_PATH_IMAGE172
、拟合系数矩阵
Figure DEST_PATH_IMAGE174
和向量
Figure DEST_PATH_IMAGE175
；
插值处理单元：配置用于对图像维度平均值作波段插值处理；
高光谱黑帧图像序列矩阵生成单元：配置用于分别预生成黑帧在波长维度的分量和在图像维度的分量，合并两分量获取完整的高光谱黑帧图像序列矩阵；
矫正单元：配置用于利用当前拍摄的高光谱图像去除所述高光谱黑帧图像序列矩阵与 所述数字增益
Figure DEST_PATH_IMAGE177
的乘积，获得矫正后的高光谱图像。
CN202111196941.3A 2021-10-14 2021-10-14 一种用于高光谱图像的黑帧标定、矫正方法和*** Active CN113643388B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111196941.3A CN113643388B (zh) 2021-10-14 2021-10-14 一种用于高光谱图像的黑帧标定、矫正方法和***

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111196941.3A CN113643388B (zh) 2021-10-14 2021-10-14 一种用于高光谱图像的黑帧标定、矫正方法和***

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113643388A true CN113643388A (zh) 2021-11-12
CN113643388B CN113643388B (zh) 2022-02-22

Family

ID=78426882

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111196941.3A Active CN113643388B (zh) 2021-10-14 2021-10-14 一种用于高光谱图像的黑帧标定、矫正方法和***

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113643388B (zh)

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012053521A1 (ja) * 2010-10-18 2012-04-26 株式会社トプコン 光学情報処理装置、光学情報処理方法、光学情報処理システム、光学情報処理プログラム
US20130016284A1 (en) * 2011-07-12 2013-01-17 Xerox Corporation Hyperspectral image reconstruction via a compressed sensing framework
US20140085622A1 (en) * 2012-09-27 2014-03-27 Northrop Grumman Systems Corporation Three-dimensional hyperspectral imaging systems and methods using a light detection and ranging (lidar) focal plane array
CN106952234A (zh) * 2017-02-27 2017-07-14 清华大学 一种高光谱计算解耦方法
CN107133976A (zh) * 2017-04-24 2017-09-05 浙江大学 一种获取三维高光谱信息的方法和装置
CN109389647A (zh) * 2018-09-04 2019-02-26 中国地质大学（武汉） 一种相机拍摄角标校方法、设备及存储设备
US20190182440A1 (en) * 2017-12-13 2019-06-13 The Hong Kong Research Institute Of Textiles And Apparel Limited Multispectral color imaging device based on integrating sphere lighting and calibration methods thereof
CN111445469A (zh) * 2020-04-15 2020-07-24 天津商业大学 一种基于高光谱的苹果冲击后损伤参数的无损预测方法
CN112381882A (zh) * 2020-11-04 2021-02-19 山东大学 一种搭载高光谱设备的无人机影像自动化校正方法
CN113436096A (zh) * 2021-06-24 2021-09-24 南京林业大学 一种基于像元标定的推扫式高光谱成像条带噪声消除方法

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012053521A1 (ja) * 2010-10-18 2012-04-26 株式会社トプコン 光学情報処理装置、光学情報処理方法、光学情報処理システム、光学情報処理プログラム
US20130016284A1 (en) * 2011-07-12 2013-01-17 Xerox Corporation Hyperspectral image reconstruction via a compressed sensing framework
US20140085622A1 (en) * 2012-09-27 2014-03-27 Northrop Grumman Systems Corporation Three-dimensional hyperspectral imaging systems and methods using a light detection and ranging (lidar) focal plane array
CN106952234A (zh) * 2017-02-27 2017-07-14 清华大学 一种高光谱计算解耦方法
CN107133976A (zh) * 2017-04-24 2017-09-05 浙江大学 一种获取三维高光谱信息的方法和装置
US20190182440A1 (en) * 2017-12-13 2019-06-13 The Hong Kong Research Institute Of Textiles And Apparel Limited Multispectral color imaging device based on integrating sphere lighting and calibration methods thereof
CN109389647A (zh) * 2018-09-04 2019-02-26 中国地质大学（武汉） 一种相机拍摄角标校方法、设备及存储设备
CN111445469A (zh) * 2020-04-15 2020-07-24 天津商业大学 一种基于高光谱的苹果冲击后损伤参数的无损预测方法
CN112381882A (zh) * 2020-11-04 2021-02-19 山东大学 一种搭载高光谱设备的无人机影像自动化校正方法
CN113436096A (zh) * 2021-06-24 2021-09-24 南京林业大学 一种基于像元标定的推扫式高光谱成像条带噪声消除方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
郭志明: "基于近红外光谱及成像的苹果品质无损检测方法和装置研究", 《中国优秀博硕士学位论文全文数据库(博士)农业科技辑》 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN113643388B (zh) 2022-02-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7151560B2 (en) Method and apparatus for producing calibration data for a digital camera
JP5374217B2 (ja) 画像処理装置およびその方法
EP1080443B1 (en) Improved dark frame subtraction
US8569684B2 (en) Infrared sensor control architecture
KR101154136B1 (ko) 디지털 카메라 디바이스를 위한 화이트 밸런스 보정
CN110017904B (zh) 一种基于ccd相机的多光谱辐射测温方法
WO2005109853A1 (en) Digital camera with built-in lens calibration table
CN102883108B (zh) 摄像设备及其控制方法、图像处理设备和方法
WO2011086433A1 (en) Radiometric calibration method for infrared detectors
CN107509044A (zh) 图像合成方法、装置、计算机可读存储介质和计算机设备
CN104221364B (zh) 成像装置和图像处理方法
US7113210B2 (en) Incorporating pixel replacement for negative values arising in dark frame subtraction
CN113676628A (zh) 多光谱传感器、成像装置和图像处理方法
US8482629B2 (en) Processing method for a relative illumination phenomenon on a digital image and associated processing system
US8675101B1 (en) Temperature-based fixed pattern noise and bad pixel calibration
CN110213498A (zh) 图像生成方法和装置、电子设备、计算机可读存储介质
CN114979500A (zh) 图像处理方法、图像处理装置、电子设备及可读存储介质
US20080279471A1 (en) Methods, apparatuses and systems for piecewise generation of pixel correction values for image processing
WO2010131210A1 (en) A system and method for correcting non-uniformity defects in captured digital images
Venkateswarlu et al. Nonuniformity compensation for IR focal plane array sensors
Monno et al. N-to-sRGB mapping for single-sensor multispectral imaging
CN113643388B (zh) 一种用于高光谱图像的黑帧标定、矫正方法和***
JP4250513B2 (ja) 画像処理装置及び画像処理方法
Karr et al. Optical effects on HDR calibration via a multiple exposure noise-based workflow
Njuguna et al. Field programmable gate arrays implementation of two-point non-uniformity correction and bad pixel replacement algorithms

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant