成像光谱仪自适应调整曝光时间的方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种成像光谱仪自适应调整曝光时间的方法及装置，其中，该方法包括：获取当前场景下的光谱图像；读取该光谱图像各个像元的亮度值DN值；判断所有DN值中的最大值DNmax与2Q-1的大小，其中，Q表示像元分辨率位数；若DNmax＜2Q-1，则逐步增加曝光时间，直至DNmax值第一次达到DNmax＝2Q-1，并将对应的曝光时间作为当前场景下的最佳曝光时间；若DNmax＝2Q-1，则逐步减小曝光时间，直至DNmax值第一次达到DNmax＝2Q-2后，再逐步增加曝光时间，直至DNmax值第一次达到DNmax＝2Q-1，并将对应的曝光时间作为当前场景下的最佳曝光时间。本发明专利技术公开的方法及装置，解决了成像光谱仪无法自动曝光的弊端，保证了成像光谱仪能够得到稳定的光谱图像数据。

【技术实现步骤摘要】
成像光谱仪自适应调整曝光时间的方法及装置
本专利技术涉及成像光谱仪
，尤其涉及一种成像光谱仪自适应调整曝光时间的方法及装置。
技术介绍
成像光谱仪已经在野外光谱探测、航空航天遥感等方面得到很好的应用，与照相机类似，成像光谱仪获取的光谱图像随光照环境变化，但是到目前为止，只有照相机上实现了自动曝光补偿和自动增益补偿功能，成像光谱仪都不具备此项功能。随着成像光谱仪在诸多领域的应用逐步深入，所面临的环境也越来越复杂，因此为了保证成像光谱仪能够得到稳定的光谱图像数据，需要仪器能够根据使用环境的变化，自动补偿曝光和增益，提高仪器的普适性。由于成像光谱仪获取的数据为光谱图像数据，与传统的相机有较大的区别，因此，自动曝光补偿所采取的方法与照相机所采用的方法不同。目前的成像光谱仪无法自动曝光，必须人工手动调节曝光时间，虽然针对光学相机的自动曝光补偿有诸多的文章和专利，但是尚未有涉及成像光谱仪自动曝光的研究。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种成像光谱仪自适应调整曝光时间的方法及装置，解决了成像光谱仪无法自动曝光的弊端，保证了成像光谱仪能够得到稳定的光谱图像数据。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种成像光谱仪自适应调整曝光时间的方法，该方法包括：获取当前场景下的光谱图像；读取该光谱图像各个像元的亮度值DN值；判断所有DN值中的最大值DNmax与2Q-1的大小，其中，Q表示像元分辨率位数；若DNmax＜2Q-1，则逐步增加曝光时间，直至DNmax值第一次达到DNmax＝2Q-1，并将对应的曝光时间作为当前场景下的最佳曝光时间；若DNmax＝2Q-1，则逐步减小曝光时间，直至DNmax值第一次达到DNmax＝2Q-2后，再逐步增加曝光时间，直至DNmax值第一次达到DNmax＝2Q-1，并将对应的曝光时间作为当前场景下的最佳曝光时间。进一步的，所述的逐步增加曝光时间与逐步减小曝光时间包括：逐步增加曝光时间包括：计算最大值DNmax与2Q-1的差值：ΔDN＝|(2Q-1)-DNmax|；若该差值ΔDN大于阈值，则加大曝光时间的调整步长；否则，减小曝光时间的调整步长；逐步减小曝光时间包括：获取最大DNmax值DNmax＝2Q-1的个数n，若n大于阈值，则加大曝光时间的调整步长；否则，减小曝光时间的调整步长。一种成像光谱仪自适应调整曝光时间的装置，该方法包括：光谱图像获取模块，用于获取当前场景下的光谱图像；DN值读取模块，用于读取该光谱图像各个像元的亮度值DN值；判断模块，用于判断所有DN值中的最大值DNmax与2Q-1的大小，其中，Q表示像元分辨率位数；曝光时间自适应调整模块，用于当DNmax＜2Q-1时，逐步增加曝光时间，直至DNmax值第一次达到DNmax＝2Q-1；以及，当DNmax＝2Q-1时，逐步减小曝光时间，直至DNmax值第一次达到DNmax＝2Q-2后，再逐步增加曝光时间，直至DNmax值第一次达到DNmax＝2Q-1；最佳曝光时间确定模块，用于将调整曝光时间后，DNmax＝2Q-1时对应的曝光时间作为当前场景下的最佳曝光时间。进一步的，所述的逐步增加曝光时间与逐步减小曝光时间包括：逐步增加曝光时间包括：计算最大值DNmax与2Q-1的差值：ΔDN＝|(2Q-1)-DNmax|；若该差值ΔDN大于阈值，则加大曝光时间的调整步长；否则，减小曝光时间的调整步长；逐步减小曝光时间包括：获取最大DNmax值DNmax＝2Q-1的个数n，若n大于阈值，则加大曝光时间的调整步长；否则，减小曝光时间的调整步长。由上述本专利技术提供的技术方案可以看出，通过对成像光谱仪自动曝光算法的研究，解决了成像光谱仪无法自动曝光的弊端，保证了成像光谱仪能够得到稳定的光谱图像数据，极大地提高了成像光谱仪在复杂环境中的应用灵活性；同时，该装置的设计使该方法在成像光谱仪上的应用得以实现，满足工程需要。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例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专利技术的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，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附图。图1为本专利技术实施例一提供的一种成像光谱仪自适应调整曝光时间的方法的流程图；图2为本专利技术实施例一提供的一种探测器像面上的高光谱图像的示意图；图3为本专利技术实施例一提供的高光谱图像上某一点的光谱曲线示意图；图4为本专利技术实施例二提供的一种成像光谱仪自适应调整曝光时间的装置的示意图；图5为本专利技术实施例二提供的一种实现成像光谱仪自适应调整曝光时间的硬件系统电路示意图。具体实施方式下面结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术的保护范围。实施例一图1为本专利技术实施例一提供的一种成像光谱仪自适应调整曝光时间的方法的流程图。如图1所示，该方法主要包括：获取当前场景下的光谱图像；读取该光谱图像各个像元的DN值(亮度值)；判断所有DN值中的最大值DNmax与2Q-1的大小，其中，Q表示像元分辨率位数；若DNmax＜2Q-1，则逐步增加曝光时间，直至DNmax值第一次达到DNmax＝2Q-1，并将对应的曝光时间作为当前场景下的最佳曝光时间；若DNmax＝2Q-1，则逐步减小曝光时间，直至DNmax值第一次达到DNmax＝2Q-2后，再逐步增加曝光时间，直至DNmax值第一次达到DNmax＝2Q-1，并将对应的曝光时间作为当前场景下的最佳曝光时间。进一步的，所述的逐步增加曝光时间与逐步减小曝光时间包括：逐步增加曝光时间包括：计算最大值DNmax与2Q-1的差值：ΔDN＝|(2Q-1)-DNmax|；若该差值ΔDN大于阈值，则加大曝光时间的调整步长；否则，减小曝光时间的调整步长；逐步减小曝光时间包括：获取最大DNmax值：DNmax＝2Q-1的个数n，若n大于阈值，则加大曝光时间的调整步长；否则，减小曝光时间的调整步长。为了便于理解本专利技术，下面针对上述方法做进一步的说明。由于高光谱成像主要用于地物遥感，探测结果为地物反射太阳光谱，探测器像面上的高光谱图像如图2所示，沿光谱维取一行像元，可以得到某一点的光谱曲线，如图3所示。在所有典型地物类型中，雪的反射率最高，为90％以上，除此之外，石灰岩的反射率最高，为50％左右，由于雪在饱和状态下很容易探测，为了保证大部分地物都有一个较好的响应，本专利技术实施例选择石灰岩的反射率作为地物反射率的标准来进行最佳曝光时间的判定，为了留有一定的余量，将参考反射率定位55％。本专利技术实施例中，以太阳光源作为标准实验光源，55％的漫反射白板作为参照，模拟目标场景，确定在目标场景下最佳曝光时间及DN值(像元亮度值)。设每个像元采用Q位分辨率，读取成像光谱仪CCD探测器图像各像元的DN值，如果所有DN值均未达到2Q-1(目标值)时，表明光电子数在像元势阱中未达到饱和，那么逐步增加曝光时间(CCD探测器的积分时间)；否则，表明光电子数大于等于像元势阱容量，即光电子数在像元势阱中已经达到饱和，此时拍摄图像有可能过曝，此本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种成像光谱仪自适应调整曝光时间的方法，其特征在于，该方法包括：获取当前场景下的光谱图像；读取该光谱图像各个像元的亮度值DN值；判断所有DN值中的最大值DNmax与2Q‑1的大小，其中，Q表示像元分辨率位数；若DNmax＜2Q‑1，则逐步增加曝光时间，直至DNmax值第一次达到DNmax＝2Q‑1，并将对应的曝光时间作为当前场景下的最佳曝光时间；若DNmax＝2Q‑1，则逐步减小曝光时间，直至DNmax值第一次达到DNmax＝2Q‑2后，再逐步增加曝光时间，直至DNmax值第一次达到DNmax＝2Q‑1，并将对应的曝光时间作为当前场景下的最佳曝光时间。

【技术特征摘要】
1.一种成像光谱仪自适应调整曝光时间的方法，其特征在于，该方法包括：获取当前场景下的光谱图像；读取该光谱图像各个像元的亮度值DN值；判断所有DN值中的最大值DNmax与2Q-1的大小，其中，Q表示像元分辨率位数；若DNmax＜2Q-1，则逐步增加曝光时间，直至DNmax值第一次达到DNmax＝2Q-1，并将对应的曝光时间作为当前场景下的最佳曝光时间；若DNmax＝2Q-1，则逐步减小曝光时间，直至DNmax值第一次达到DNmax＝2Q-2后，再逐步增加曝光时间，直至DNmax值第一次达到DNmax＝2Q-1，并将对应的曝光时间作为当前场景下的最佳曝光时间。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的逐步增加曝光时间与逐步减小曝光时间包括：逐步增加曝光时间包括：计算最大值DNmax与2Q-1的差值：ΔDN＝|(2Q-1)-DNmax|；若该差值ΔDN大于阈值，则加大曝光时间的调整步长；否则，减小曝光时间的调整步长；逐步减小曝光时间包括：获取最大DNmax值DNmax＝2Q-1的个数n，若n大于阈值，则加大曝光时间的调整步长；否则，减小曝光时间的调整步长。3.一种成像光谱仪自适应调整曝光时间的装置，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈鑫雯，吕群波，相里斌，赵娜，刘扬阳，谭政，张丹丹，孙建颖，王建威，裴琳琳，郭文记，
申请(专利权)人：中国科学院光电研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11