一種自動(dòng)調(diào)節(jié)的高光譜成像系統(tǒng)及成像方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及高光譜成像技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種自動(dòng)調(diào)節(jié)的高光譜成像系統(tǒng)及成像方法。
【背景技術(shù)】
[0002]高光譜成像技術(shù)是近二十年來發(fā)展起來的基于非常多窄波段的影像數(shù)據(jù)技術(shù)，它集中了光學(xué)、光電子學(xué)、電子學(xué)、信息處理、計(jì)算機(jī)科學(xué)等領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)，是傳統(tǒng)的二維成像技術(shù)和光譜技術(shù)有機(jī)的結(jié)合在一起的一門新興技術(shù)。高光譜成像技術(shù)的定義是在多光譜成像的基礎(chǔ)上，在從紫外到近紅外的光譜范圍內(nèi)，利用成像光譜儀，在光譜覆蓋范圍內(nèi)的數(shù)十或數(shù)百條光譜波段對(duì)被測對(duì)象連續(xù)成像。在獲得被測對(duì)象空間特征成像的同時(shí)，也獲得了被測對(duì)象的光譜信息。高光譜成像技術(shù)具有超多波段、高的光譜分辨率、波段窄、光譜范圍廣和圖譜合一等特點(diǎn)。優(yōu)勢在于采集到的圖像信息量豐富，識(shí)別度較高和數(shù)據(jù)描述模型多。由于物體的反射光譜具有“指紋”效應(yīng)，不同物不同譜、同物一定同譜的遠(yuǎn)離來分辨不同的物質(zhì)信息。
[0003]由于高光譜測試中各種條件控制的不一樣，如光源的入射角度、光源的高度以及被測對(duì)象與鏡頭的高度等條件的差異，可能導(dǎo)致不同研究之間的高光譜數(shù)據(jù)無共享性，同時(shí)也可能導(dǎo)致同一研究中不同時(shí)間測試的高光譜數(shù)據(jù)無可比性，使得利用高光譜對(duì)被測對(duì)象的性質(zhì)進(jìn)行量化研究受到限制;基于此，本發(fā)明通過主控單元自動(dòng)分析計(jì)算出光源入射角度、光源的高度以及載物臺(tái)的高度的最佳位置，并控制光源設(shè)備和載物臺(tái)自動(dòng)調(diào)節(jié)至最佳位置，以確保獲取能共享的高光譜數(shù)據(jù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]基于【背景技術(shù)】存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種自動(dòng)調(diào)節(jié)的高光譜成像系統(tǒng)及成像方法。
[0005]本發(fā)明提出的自動(dòng)調(diào)節(jié)的高光譜成像系統(tǒng)，包括:圖像采集設(shè)備、載物臺(tái)、光源設(shè)備、驅(qū)動(dòng)設(shè)備、傳動(dòng)設(shè)備、傳感器設(shè)備和主控單元；
[0006]圖像采集設(shè)備，采集載物臺(tái)上被測對(duì)象的圖像數(shù)據(jù)和光譜信息；
[0007]光源設(shè)備，為圖像采集設(shè)備采集圖像數(shù)據(jù)提供光源；
[0008]驅(qū)動(dòng)設(shè)備，其與主控單元和傳動(dòng)設(shè)備連接，根據(jù)主控單元指令驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)設(shè)備運(yùn)動(dòng)；
[0009]傳動(dòng)設(shè)備，與光源設(shè)備和載物臺(tái)連接，根據(jù)驅(qū)動(dòng)設(shè)備的驅(qū)動(dòng)動(dòng)作調(diào)節(jié)光源設(shè)備的光源照射角度、光源設(shè)備的高度和載物臺(tái)的高度；
[0010]傳感器設(shè)備，檢測所述光源設(shè)備和載物臺(tái)的空間位置；
[0011 ]主控單元，與圖像采集設(shè)備、傳感器設(shè)備和驅(qū)動(dòng)設(shè)備連接，通過獲取被測對(duì)象的圖像數(shù)據(jù)和光譜信息，分析被測對(duì)象不同圖像數(shù)據(jù)中各像素的平均光譜反射系數(shù)的均方根值和標(biāo)準(zhǔn)差，計(jì)算出最佳位置系數(shù)值，并通過傳感器設(shè)備獲取最佳位置系數(shù)值對(duì)應(yīng)的光源設(shè)備和載物臺(tái)的空間位置信息；主控單元根據(jù)預(yù)設(shè)指令，通過傳感器設(shè)備獲取實(shí)時(shí)光源設(shè)備和載物臺(tái)的空間位置信息，控制驅(qū)動(dòng)設(shè)備驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)設(shè)備動(dòng)作，調(diào)整光源設(shè)備的光源照射角度、光源設(shè)備的高度和載物臺(tái)的高度，直至光源設(shè)備和載物臺(tái)位于最佳位置系數(shù)值對(duì)應(yīng)的空間位置。
[0012]優(yōu)選地，所述的圖像采集設(shè)備為高光譜相機(jī)。
[0013]優(yōu)選地，所述的光源設(shè)備采用鹵鎢燈。
[0014]優(yōu)選地，所述的傳感器設(shè)備包括:
[0015]角度傳感器，用于檢測光源設(shè)備的光源照射角度；
[0016]第一高度傳感器，用于檢測光源設(shè)備的高度；
[0017]第二高度傳感器，用于檢測載物臺(tái)的高度。
[0018]本發(fā)明還提出了采用上述自動(dòng)調(diào)節(jié)的高光譜成像系統(tǒng)的高光譜成像方法，包括以下步驟:
[0019]S1、采集載物臺(tái)上被測對(duì)象的圖像數(shù)據(jù)和光譜信息；
[0020]S2、調(diào)整光源設(shè)備的光源照射角度、光源設(shè)備的高度和載物臺(tái)的高度，記錄被測對(duì)象的圖像數(shù)據(jù)和光譜信息，并記錄傳感器設(shè)備的檢測值；
[0021]S3、獲取記錄的被測對(duì)象的圖像數(shù)據(jù)和光譜信息，分析圖像數(shù)據(jù)中各像素的平均光譜反射系數(shù)的均方根值和標(biāo)準(zhǔn)差，并計(jì)算出最佳位置系數(shù)值Q;
[0022]S4、記錄取得最佳位置系數(shù)值Q時(shí)對(duì)應(yīng)的傳感器設(shè)備的檢測值，包括角度傳感器的檢測值Ml、第一高度傳感器的檢測值M2和第二高度傳感器的檢測值M3;
[0023]S5、調(diào)整光源設(shè)備的光源照射角度、光源設(shè)備的高度和載物臺(tái)的高度，使角度傳感器的檢測值與檢測值Ml相同、第一高度傳感器的檢測值與檢測值M2相同、第二高度傳感器的檢測值與檢測值M3相同。
[0024]優(yōu)選地，在步驟S3中，計(jì)算最佳位置系數(shù)值Q包括以下步驟:
[0025]S31、將各像素在各波段的光譜反射系數(shù)進(jìn)行濾波平滑，去除噪聲；
[0026]S32、將各像素在各波段的光譜反射系數(shù)取平均值，作為該像素的反射系數(shù)；
[0027]S33、將各像素的反射系數(shù)進(jìn)行歸一化處理；
[0028]S34、計(jì)算各像素歸一化處理后的均方根值RMS和標(biāo)準(zhǔn)差σ;
[0029]S35、根據(jù)公式Q = RMS-o，計(jì)算出最大值Q作為最佳位置系數(shù)值；
[0030]本發(fā)明中，主控單元與圖像采集設(shè)備、傳感器設(shè)備和驅(qū)動(dòng)設(shè)備連接，通過獲取圖像采集設(shè)備采集的圖像數(shù)據(jù)和光譜信息，計(jì)算出圖像數(shù)據(jù)中各像素平均光譜反射系數(shù)的均方根值和標(biāo)準(zhǔn)差，并分析傳感器設(shè)備的檢測結(jié)果，控制驅(qū)動(dòng)設(shè)備工作。本發(fā)明采用主控單元指令控制驅(qū)動(dòng)設(shè)備工作，驅(qū)動(dòng)設(shè)備驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)設(shè)備動(dòng)作，傳動(dòng)設(shè)備調(diào)整光源設(shè)備和載物臺(tái)的空間位置，以達(dá)到最佳工作狀態(tài);本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)內(nèi)各設(shè)備的自動(dòng)調(diào)節(jié)，避免了人工操作帶來的誤差，提高了采集到的圖像數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度，確保圖像數(shù)據(jù)的可共享性。
【附圖說明】
[0031]圖1為一種自動(dòng)調(diào)節(jié)的高光譜成像系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖2為一種自動(dòng)調(diào)節(jié)的高光譜成像方法的步驟示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0033]如圖1所示，圖1為本發(fā)明提出的一種自動(dòng)調(diào)節(jié)的高光譜成像系統(tǒng)。
[0034]參照?qǐng)D1，本發(fā)明提出的一種自動(dòng)調(diào)節(jié)的高光譜成像系統(tǒng)，包括:圖像采集設(shè)備1、載物臺(tái)2、光源設(shè)備3、驅(qū)動(dòng)設(shè)備、傳動(dòng)設(shè)備、傳感器設(shè)備和主控單元；
[0035]圖像采集設(shè)備I用于采集載物臺(tái)2上被測對(duì)象的圖像數(shù)據(jù)和光譜信息，本實(shí)施方式中，圖像采集設(shè)備I為高光譜相機(jī)，在獲取被測對(duì)象的空間特征成像的同時(shí)可獲得被測對(duì)象的光譜信息；
[0036]光源設(shè)備3為圖像采集設(shè)備I采集圖像數(shù)據(jù)和光譜信息提供穩(wěn)定的光源，本實(shí)施方式中采用鹵鎢燈，以保證采集過程中的色溫和光源波長范圍要求；
[0037]驅(qū)動(dòng)設(shè)備與主控單元和傳動(dòng)設(shè)備連接，根據(jù)主控單元指令驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)設(shè)備運(yùn)動(dòng)；
[0038]傳動(dòng)設(shè)備與光源設(shè)備3和載物臺(tái)2連接，根據(jù)驅(qū)動(dòng)設(shè)備的驅(qū)動(dòng)動(dòng)作調(diào)節(jié)光源設(shè)備3的光源照射角度、光源設(shè)備3的高度和載物臺(tái)2的高度；
[0039]傳感器設(shè)備用于檢測所述光源設(shè)備3和載物臺(tái)2的空間位置，包括:
[0040]角度傳感器4，用于檢測光源設(shè)備3的光源照射角度；
[0041 ]第一高度傳感器5，用于檢測光源設(shè)備3的高度；
[0042]第二高度傳感器6，用于檢測載物臺(tái)2的高度。
[0043]主控單元，與圖像采集設(shè)備1、傳感器設(shè)備和驅(qū)動(dòng)設(shè)備連接，通過獲取圖像采集設(shè)備I采集的圖像數(shù)據(jù)和光譜信息，分析被測對(duì)象圖像數(shù)據(jù)中各像素的平均光譜反射系數(shù)的均方根值和標(biāo)準(zhǔn)差，計(jì)算出最佳位置系數(shù)值，并通過傳感器設(shè)備獲取最佳位置系數(shù)值對(duì)應(yīng)的光源設(shè)備3和載物臺(tái)2的空間位置信息；主控單元根據(jù)預(yù)設(shè)指令，通過傳感器設(shè)備獲取實(shí)時(shí)光源設(shè)備3和載物臺(tái)2的空間位置信息，控制驅(qū)動(dòng)設(shè)備驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)設(shè)備動(dòng)作，調(diào)整光源設(shè)備3的光源照射角度、光源設(shè)備3的高度和載物臺(tái)2的高度，直至光源設(shè)備3和載物臺(tái)2位于最佳位置系數(shù)值對(duì)應(yīng)的空間位置。
[0044]本實(shí)施方式中，主控單元內(nèi)預(yù)設(shè)時(shí)間值為10分鐘，在預(yù)設(shè)時(shí)間段內(nèi)，主控單元指令控制驅(qū)動(dòng)設(shè)備驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)設(shè)備動(dòng)作，調(diào)整光源設(shè)備3和載物臺(tái)2的空間位置，同時(shí)控制圖像采