【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光谱测量，具体涉及一种超高灰阶的智能高光谱成像方法及装置。
技术介绍
1、光谱测量技术目前应用场景越来越多，也更多的从实验室环境转移到自然环境下。随着应用的拓展，单一高光谱相机的数据范围越来越受限，对数据处理的实时要求越来越高。通常的方法是采用双高光谱相机进行拍摄后处理，但其拍摄时间较长，数据校验要等到拍摄完成后才能分析，可能会出现数据不符合要求，需要重新采集的情况，导致测试、分析效率非常低下，同时现有的双高光谱相机其安装位置间隔较大，导致融合后容易出现测试结果偏差，需要大量人力来处理双高光谱相机图像，同时现有的高光谱数据的数据精度经常受到传感器采样硬件电路的限制，图像采集时容易出现过明或过暗的物体，导致数据饱和或亮度不够，从而丢失部分区域的数据，影响测试分析，存在数据处理难度高，分析过程复杂，测试分析精度较低的缺点。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题：现有的光谱测量方式较为繁琐，相机位置布置较为不便，导致融合后容易出现测试结果偏差，不利于高精度图像采集使用，同时现有的高光谱图像数据处理难度高，对硬件负载压力大，小型化、便携化困难较大。
2、为解决上述技术问题，本专利技术的第一方面采用如下技术方案：一种超高灰阶的智能高光谱成像方法，包括以下步骤：
3、s1：智能高光谱成像装置初始化，部署智能高光谱成像装置以对准被测区域；
4、s2：将拍摄的光信号图像在聚焦前按照预设的光强分配比例分束成至少两束，并分别聚焦在不同的狭缝上
5、s3：分别对若干束光束进行多项曝光采集以获取每束光束的高光谱图像数据；
6、s4：对若干幅高光谱图像数据根据锚点进行融合，使得若干幅高光谱图像数据在空间上完全重合，完成超高灰阶的高光谱图像融合成像。
7、本专利技术工作时，通过分光的方式实现共用取像窗口的多波段高光谱图像成像，无需额外的相机布置步骤，能够优化了图像采集的工作流程，降低了操作人员的劳动强度，且能够摆脱对传感器采样硬件电路的限制，方便进行小型化，便携化设计，在降低硬件负载压力的同时提高测试效率，通过提升数据响应范围和数据位深，极大地扩展了高光谱波段范围，同时采用多项曝光并融合的方式能够获取超高灰阶的高光谱图像，从而提高物体光谱测量的准确性。
8、作为优选，在所述步骤s2中，将拍摄的光信号图像在聚焦前按照预设的光强分配比例分束成两束，两束光的光强分配比例设置为1:1、1:1.5或者1:4，并分别聚焦在不同的狭缝上以进行整形。
9、作为优选，在所述步骤s2中，对每束分束后的光束进行处理时，采用以下步骤：
10、a1：在光束通过经狭缝整形后，对其进行准直；
11、a2：对准直的光束进行衍射分光，当需要保证完整的光谱信息时，转入步骤s3，反之转入步骤b3；
12、a3：对完成分光后所需的光束进行滤光后，转入步骤s3。
13、作为优选，在所述步骤s3中，分别对若干束光束进行多项曝光采集以获取每束光束的高光谱图像数据时，采用以下步骤：
14、b1：根据预设的曝光参数组，按照从低到高梯度依序曝光，分别获取每束光束的若干项不同曝光时间的高光谱图像数据；
15、b2：遍历所有空间点，按照从高到低依序对每个空间点进行是否有过饱和像素判断，当空间点在当前高光谱图像数据中有过饱和像素时，转入步骤b3，当该空间点在当前高光谱图像数据中无过饱和像素时，转入步骤b4；
16、b3：对当前高光谱图像数据低一级的高光谱图像数据中该空间点进行是否有过饱和像素判断，当空间点在当前高光谱图像数据中有过饱和像素时，转入步骤b3，当空间点在当前高光谱图像数据中无过饱和像素时，转入步骤b4；
17、b4：记录得到每束光束的所有空间点的高光谱数据为当前高光谱图像数据与相应的曝光时间的比值，以获取每束光束的高光谱图像数据。
18、本专利技术工作时，通过依序控制曝光时间，能够得到每束光束的若干项不同曝光时间的高光谱图像数据，其空间一致性高，方便后续的图像融合工作，并采用过饱和像素判断的方法，使得融合后的高光谱图像数据在具有超宽光谱特性的同时保证数据响应范围，能够避免采集的图像出现过明或者过暗的缺陷，导致高光谱图像数据饱和或者亮度不够，丢失部分区域数据的情况出现，从而进一步提高光谱测试的稳定性。
19、作为优选，在所述步骤s4中，对若干幅高光谱图像数据根据锚点进行融合，使得若干幅高光谱图像数据在空间上完全重合，完成超高灰阶的高光谱图像融合成像时，采用以下步骤：
20、c1：获取每束光束的超高灰阶的高光谱图像数据；
21、c2：对每束光束的高光谱图像数据进行公共点标记，并设定其中一束光束的高光谱图像数据为基准高光谱图像数据；
22、c3：遍历取值基准高光谱图像数据上的所有空间点，并获取每个空间点的光谱曲线，通过线型插值计算对应到其它光束的高光谱图像数据上的对应空间点，根据线型插值参数，计算各波段的线型插值值，计算得到该对应空间点的光谱曲线；
23、c4：合并每个空间点的光谱曲线和对应空间点的光谱曲线得到合并光谱曲线；
24、c5：通过若干幅高光谱图像数据在空间上完全重合，完成超高灰阶的高光谱图像融合成像。
25、本专利技术工作时，通过线型插值计算完成若干束光束的高光谱图像的光谱合并，使得若干幅高光谱图像数据在空间上完全重合，空间一致性好，且能够实现一定程度的缺陷修正工作，从而增强高光谱图像数据的完整性，并能够在提高分辨率的同时抑制噪声对高光谱图像数据的干扰，同时线型插值计算的算力资源占用较低，计算效率高，能够进一步提高测试效率。
26、为解决上述技术问题，本专利技术的第二方面采用如下技术方案：一种超高灰阶的智能高光谱成像装置，包括用于预设的光强分配比例进行分光的分光束机构、若干个高光谱模组和用于数据处理和整体控制的处理模块，所述分光束机构设有至少两个供分光后光束露出的透光部位，若干个高光谱模组的成像部位分别与分光束机构上各自对应的透光部位光路导通，若干个高光谱模组的数据输出端均与处理模块数据连接，所述处理模块在若干个高光谱模组成像完成后接收每束光束的超高灰阶的高光谱图像数据以进行高光谱图像融合成像。
27、作为优选，所述高光谱模组包括用于光束整形的狭缝，用于准直光束的分光模块，用于衍射分光的光栅，以及用于成像的灰度相机，所述狭缝、分光模块、光栅和灰度相机的成像部位沿着光路导通的方向依次布置并光路导通，所述狭缝布置在分光束机构的透光部位的焦点位置并位于分光模块的物方焦点位置，所述灰度相机的成像部位布置在分光模块的像方焦点位置，所述灰度相机与处理模块数据连接。
28、作为优选，所述高光谱模组还包括用于选择性地透过或阻挡特定波长的光的滤光片，所诉和滤光片布置在分光模块的聚焦光路中。
29、作为优选，所述灰度相机在完成本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种超高灰阶的智能高光谱成像方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种超高灰阶的智能高光谱成像方法，其特征在于：在所述步骤S2中，将拍摄的光信号图像在聚焦前按照预设的光强分配比例分束成两束，两束光的光强分配比例设置为1:1、1:1.5或者1:4，并分别聚焦在不同的狭缝(21)上以进行整形。
3.根据权利要求1所述的一种超高灰阶的智能高光谱成像方法，其特征在于：在所述步骤S2中，对每束分束后的光束进行处理时，采用以下步骤：
4.根据权利要求1所述的一种超高灰阶的智能高光谱成像方法，其特征在于：在所述步骤S3中，分别对若干束光束进行多项曝光采集以获取每束光束的高光谱图像数据时，采用以下步骤：
5.根据权利要求1所述的一种超高灰阶的智能高光谱成像方法，其特征在于：在所述步骤S4中，对若干幅高光谱图像数据根据锚点进行融合，使得若干幅高光谱图像数据在空间上完全重合，完成超高灰阶的高光谱图像融合成像时，采用以下步骤：
6.一种超高灰阶的智能高光谱成像装置，其特征在于：包括用于预设的光强分配比例进行分光的分光束
7.根据权利要求6所述的一种超高灰阶的智能高光谱成像装置，其特征在于：所述高光谱模组(2)包括用于光束整形的狭缝(21)，用于准直光束的分光系统(22)，用于衍射分光的光栅(23)，以及用于成像的灰度相机(24)，所述狭缝(21)、分光系统(22)、光栅(23)和灰度相机(24)的成像部位沿着光路导通的方向依次布置并光路导通，所述狭缝(21)布置在分光束机构(1)的透光部位的焦点位置并位于分光系统(22)的物方焦点位置，所述灰度相机(24)的成像部位布置在分光系统(22)的像方焦点位置，所述灰度相机(24)与处理模块(3)数据连接。
8.根据权利要求7所述的一种超高灰阶的智能高光谱成像装置，其特征在于：所述高光谱模组(2)还包括用于选择性地透过或阻挡特定波长的光的滤光片(25)，所诉和滤光片(25)布置在分光系统(22)的聚焦光路中。
9.根据权利要求7所述的一种超高灰阶的智能高光谱成像装置，其特征在于：所述灰度相机(24)在完成成像后发送高光谱图像数据时同步发送灰度相机(24)的控制参数，所述灰度相机(24)的控制参数至少包括帧频、曝光时间、ROI参数和增益中的一种。
10.根据权利要求6所述的一种超高灰阶的智能高光谱成像装置，其特征在于：所述处理模块(3)包括处理板(31)和至少一片算力芯片(32)，所述算力芯片(32)至少设置为FPGA、DSP和GPU中的一种。
...【技术特征摘要】
1.一种超高灰阶的智能高光谱成像方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种超高灰阶的智能高光谱成像方法，其特征在于：在所述步骤s2中，将拍摄的光信号图像在聚焦前按照预设的光强分配比例分束成两束，两束光的光强分配比例设置为1:1、1:1.5或者1:4，并分别聚焦在不同的狭缝(21)上以进行整形。
3.根据权利要求1所述的一种超高灰阶的智能高光谱成像方法，其特征在于：在所述步骤s2中，对每束分束后的光束进行处理时，采用以下步骤：
4.根据权利要求1所述的一种超高灰阶的智能高光谱成像方法，其特征在于：在所述步骤s3中，分别对若干束光束进行多项曝光采集以获取每束光束的高光谱图像数据时，采用以下步骤：
5.根据权利要求1所述的一种超高灰阶的智能高光谱成像方法，其特征在于：在所述步骤s4中，对若干幅高光谱图像数据根据锚点进行融合，使得若干幅高光谱图像数据在空间上完全重合，完成超高灰阶的高光谱图像融合成像时，采用以下步骤：
6.一种超高灰阶的智能高光谱成像装置，其特征在于：包括用于预设的光强分配比例进行分光的分光束机构(1)、若干个高光谱模组(2)和用于数据处理和整体控制的处理模块(3)，所述分光束机构(1)设有至少两个供分光后光束露出的透光部位，若干个高光谱模组(2)的成像部位分别与分光束机构(1)上各自对应的透光部位光路导通，若干个高光谱模组(2)的数据输出端均与处理模块(3)数据连接，所述处理模块(3)在若干个高光谱模组(...
【专利技术属性】
技术研发人员：蔡青，潘明忠，马强，
申请(专利权)人：杭州光视精密技术有限公司，
类型：发明
国别省市：
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