基于迭代閾值法的反射率光譜重建方法
【專利摘要】一種基于迭代閾值法的反射率光譜重建方法，包括如下步驟：對訓(xùn)練樣本集進(jìn)行主成分分析，獲取訓(xùn)練樣本集的基函數(shù)向量，根據(jù)貢獻(xiàn)率大小選取前三個基函數(shù)向量作為重建基函數(shù)向量；采用標(biāo)準(zhǔn)照明體和普通RGB相機(jī)獲取多光譜測試圖像的RGB三刺激值，并通過轉(zhuǎn)換矩陣獲取CIE1931標(biāo)準(zhǔn)色度觀察者光譜三刺激值；根據(jù)獲取的訓(xùn)練樣本集的基函數(shù)向量、多光譜測試圖像的CIE1931X?Y?Z三刺激值、CIE1931標(biāo)準(zhǔn)色度觀察者顏色匹配函數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)照明體的相對光譜功率分布，采用迭代閾值法重建多光譜測試圖像的反射率光譜圖像。
【專利說明】基于迭代閾值法的反射率光譜重建方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種反射率光譜重建方法，特別涉及一種基于迭代閾值法的反射率光譜重建方法。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有反射率光譜重建方法可分為三類:直接重建法、插值重建法和基于學(xué)習(xí)的重建法。直接光譜重建法必須首先知道光譜成像系統(tǒng)的光譜特征參數(shù)，并且也需要對系統(tǒng)噪聲進(jìn)行特征化，這使得該類方法難以獲得廣泛應(yīng)用；插值重建法計算量較大；基于學(xué)習(xí)的重建法估算出的反射率光譜與成像系統(tǒng)的輸出數(shù)值有很好的相關(guān)性，這符合數(shù)據(jù)的物理特性，但獲得的結(jié)果精度不高。而且反射率光譜是空間稀疏信號，以上重建方法均沒有充分利用反射率光譜的空間稀疏性，減少計算時間，提高重建精度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明針對現(xiàn)有反射率光譜重建方法中存在的重建效率低和重建精度不高等問題，提出一種基于迭代閾值法的反射率光譜重建方法，該方法能夠充分利用反射率光譜空間稀疏特性，提高反射率的光譜重建效率和重建精度。
[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種基于迭代閾值法的反射率光譜重建方法，包括如下步驟:
[0005]I)對訓(xùn)練樣本集的處理:采用光度計對訓(xùn)練樣本集進(jìn)行多光譜圖像的采集，并對所獲取的反射率光譜進(jìn)行主成分分析，得到訓(xùn)練樣本集的基函數(shù)向量作為重建基函數(shù)向量;
[0006]2)對多光譜測試圖像的處理:采用標(biāo)準(zhǔn)照明體和普通RGB相機(jī)獲取多光譜測試圖像的RGB三刺激值R、G、B，并將其轉(zhuǎn)換為CIE1931標(biāo)準(zhǔn)色度觀察者光譜三刺激值X、Y、Z ;
[0007]3)多光譜測試圖像的反射率光譜重建:根據(jù)獲取的重建基函數(shù)向量、多光譜測試圖像的RGB三刺激值、CIE1931標(biāo)準(zhǔn)色度觀察者顏色匹配函數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)照明體的相對光譜功率分布，利用迭代閾值法重建多光譜測試圖像的反射率光譜圖像。
[0008]本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明基于迭代閾值法的反射率光譜重建方法，能夠充分利用反射率光譜空間稀疏特性，提高反射率光譜的重建效率和重建精度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1為基于迭代閾值法的反射率光譜重建流程圖；
[0010]圖2為本發(fā)明【具體實施方式】的反射率光譜重建方法的前三個基函數(shù)向量；
[0011]圖3為基于本發(fā)明的反射率光譜重建過程中相機(jī)獲取的RGB三刺激值圖像；
[0012]圖4為基于本發(fā)明的反射率光譜重建方法重建的反射率光譜圖像。
【具體實施方式】[0013]下面基于附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的基于迭代閾值法的反射率光譜重建方法。
[0014]【針對單個色塊】
[0015]基于迭代閾值法的反射率光譜重建方法如下:
[0016]I)對訓(xùn)練樣本集的處理:采用光度計對訓(xùn)練樣本集(包含多個樣本)進(jìn)行多光譜圖像的采集，并利用公式(I)對所獲取的反射率光譜進(jìn)行主成分分析，從而得到訓(xùn)練樣本集的J個基函數(shù)向量，根據(jù)貢獻(xiàn)率大小取前三個基函數(shù)向量[bi，b2，b3]作為重建基函數(shù)向量，因為前三個基函數(shù)向量的貢獻(xiàn)率達(dá)到95%，后面的J-3個基函數(shù)向量的貢獻(xiàn)率只有5%。
【權(quán)利要求】
1.一種基于迭代閾值法的反射率光譜重建方法，其包括如下步驟: 1)對訓(xùn)練樣本集的處理:對訓(xùn)練樣本集進(jìn)行主成分分析，獲取訓(xùn)練樣本集的J個基函數(shù)向量作為重建基函數(shù)向量； 2)對多光譜測試圖像的處理:采用標(biāo)準(zhǔn)照明體和普通RGB相機(jī)獲取多光譜測試圖像的RGB三刺激值R、G、B，通過轉(zhuǎn)換矩陣獲取CIE1931標(biāo)準(zhǔn)色度觀察者光譜三刺激值X、Y、Z ; 3)多光譜測試圖像的反射率光譜重建:根據(jù)獲取的重建基函數(shù)向量、多光譜測試圖像的CIE1931標(biāo)準(zhǔn)色度觀察者光譜三刺激值、CIE1931標(biāo)準(zhǔn)色度觀察者顏色匹配函數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)照明體的相對光譜功率分布，利用迭代閾值法重建多光譜測試圖像的反射率光譜圖像。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，步驟I)利用公式
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，步驟2)中的CIE1931標(biāo)準(zhǔn)色度觀察者光譜三刺激值X、Y、Z是關(guān)于標(biāo)準(zhǔn)照明體的相對光譜功率分布L( X )、反射率光譜r ( X )以及CIE1931


標(biāo)準(zhǔn)色度觀察者光譜匹配函數(shù)矩陣CM的函數(shù)，如公式
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟2)中的CIE1931標(biāo)準(zhǔn)色度觀察者光譜三刺激值是關(guān)于標(biāo)準(zhǔn)照明體的相對光譜功率分布L(X)、反射率光譜r(X)以及CIE1931標(biāo)準(zhǔn)色度觀察者光譜匹配函數(shù)矩陣CM的函數(shù),記為u3X(pX(1) = W3XNrNX(pX(1), u3X(pxq)為CIE1931標(biāo)準(zhǔn)色度觀察者光譜三刺激值矩陣，W3xn為標(biāo)準(zhǔn)照明體的相對光譜功率分布L( X )和CIE1931標(biāo)準(zhǔn)色度觀察者光譜匹配函數(shù)矩陣CM組成的轉(zhuǎn)換矩陣，rNX(pX(1)為(pXq)個測試樣本的反射率光譜矩陣。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，步驟3)的重建多光譜測試圖像的反射率光譜圖像過程通過公式
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，步驟3)中的迭代重建過程如下: ①設(shè)初始迭代值為Xtl = Ba = O，設(shè)定迭代的最大次數(shù)K ；②開始迭代，計算后向投影并進(jìn)行估計xk’= xk+ffT(y-ffxk)； ③對獲取的xk’進(jìn)行全變差最小化，更新得到的xk’； ④通過基函數(shù)向量B對xk’進(jìn)行主成份分析，得到變換系數(shù)α,; ⑤對系數(shù)進(jìn)行閾值處理得到更新的變換系數(shù)ak’； ⑥反變換Xk+1= Bak'； ⑦賦值Xk— xk+1, k — k+1，判斷迭代終止條件即判斷k > K是否成立，若成立結(jié)束迭代，否則返回繼續(xù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟3)的重建多光譜測試圖像的反射率光譜圖像過程通過公式
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，步驟3)中的迭代重建過程如下: ①對第一個像素的反射率光譜進(jìn)行迭代； ②設(shè)初始迭代值為Xtl= Ba = O，設(shè)定迭代的最大次數(shù)K ； ③開始迭代，計算后向投影并進(jìn)行估計xk’= xk+ffT(y-ffxk)； ④對獲取的xk’進(jìn)行全變差最小化，更新得到的xk’； ⑤通過基函數(shù)向量B對xk’進(jìn)行主成份分析，得到變換系數(shù)α,; ⑥對系數(shù)進(jìn)行閾值處理得到更新的變換系數(shù)ak’； ⑦反變換Xk+1= Bak'； ⑧賦值xk— xk+i, k — k+1,判斷迭代終止條件即判斷k ≥ K是否成立，若成立結(jié)束迭代，否則返回繼續(xù)； ⑨依次對下一個像素的反射率光譜進(jìn)行迭代，重復(fù)②-⑧，直至獲取(PXq)個像素的反射率光譜結(jié)束。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8任一項所述的方法，其中，在獲取訓(xùn)練樣本集的J個基函數(shù)向量后，取前三個基函數(shù)向量作為重建基函數(shù)向量。
【文檔編號】G01N21/25GK103528968SQ201310534391
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年11月1日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月1日
【發(fā)明者】張雷洪, 劉真, 吳光遠(yuǎn), 于海琦 申請人:上海理工大學(xué)