一種適用于紡織品高光譜圖像采集及數(shù)碼測色的光照系統(tǒng)和使用方法
【專利說明】一種適用于紡織品高光譜圖像采集及數(shù)碼測色的光照系統(tǒng)和使用方法
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及一種適用于高光譜圖像采集及數(shù)碼測色的光照系統(tǒng)和使用方法，屬于光譜測試技術(shù)領(lǐng)域和測色領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0003]高光譜成像技術(shù)(hyperspectral imaging technique)是20世紀(jì)80年代發(fā)展起來的新技術(shù)，它涉及光學(xué)、電子學(xué)、化學(xué)計(jì)量學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)等多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域，結(jié)合了傳統(tǒng)的成像技術(shù)和光譜信息采集，實(shí)現(xiàn)了光譜信息和圖像信息的融合，它最早應(yīng)用于遙感領(lǐng)域，后被引入到醫(yī)藥學(xué)和農(nóng)業(yè)檢測，近年來在紡織領(lǐng)域內(nèi)也有應(yīng)用。數(shù)碼測色法是在儀器測色領(lǐng)域里面一種新的方法，也得到了日益廣泛的應(yīng)用，即在穩(wěn)定的標(biāo)準(zhǔn)光源下，采用標(biāo)準(zhǔn)色卡配合特定的相機(jī)參數(shù)(如光圈大小、曝光速度及感光度等)生成該條件下的顏色校正文件，再以此固定的相機(jī)參數(shù)在相同的標(biāo)準(zhǔn)光源下，測定樣品的RGB值，測量系統(tǒng)經(jīng)過顏色校正后可得到樣品的標(biāo)準(zhǔn)色度數(shù)據(jù)。
[0004]就高光譜成像技術(shù)而言，其最為關(guān)鍵的步驟是高光譜圖像的采集，而對高光譜圖像影響最大的因素便是外界光照條件。若光源發(fā)射光譜無法盡量包含全波段光譜，則會造成高光譜圖像光譜信息的缺失；若照射在試樣上的大部分光不是漫反射光，則會導(dǎo)致試樣鏡面反射嚴(yán)重，光譜信息失真；而目前對實(shí)驗(yàn)室試樣高光譜圖像采集的光照條件并沒有標(biāo)準(zhǔn)，從而引起高光譜圖像的一致性及可重復(fù)性較差；而上述問題均會導(dǎo)致試樣的部分化學(xué)物理信息缺失，或?qū)е缕錅?zhǔn)確性不佳，對后續(xù)處理分析帶來影響。而數(shù)碼測色法所采集圖像同樣存在同高光譜圖像相同的問題，在相機(jī)采集測色圖像的時(shí)候需要去除試樣紋理以及陰影對其顏色的影響，所以需要保證照射在試樣的光線為漫反射光。
[0005]目前積分球裝置面向的對象大多數(shù)為自發(fā)光的光源，并沒有專門面向柔性片狀的紡織品的專用積分球，乃至標(biāo)準(zhǔn)化的高光譜圖像及測色圖像的光照系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供了一種適用于紡織品的高光譜圖像及測色圖像采集的光照系統(tǒng)和使用方法，本發(fā)明用以解決目前技術(shù)對紡織品(柔性片狀材料)高光譜圖像及測色圖像采集過程中光照不均、鏡面反射嚴(yán)重、一致性差等存在的問題。
[0007]—種適用于紡織品高光譜圖像采集及數(shù)碼測色的光照系統(tǒng)，包括積分球，所述的積分球內(nèi)壁面上涂覆有高反射率、光譜反射波長覆蓋范圍光、朗伯特性良好的漫反射涂料；所述的積分球頂部對稱開設(shè)有2個(gè)帶內(nèi)螺紋的光源安裝孔，所述的帶內(nèi)螺紋的光源安裝孔之間的積分球上還開設(shè)有用于放置高光譜成像光譜儀鏡頭或相機(jī)鏡頭的圓形開口 ；所述的圓形開口的兩內(nèi)側(cè)面上分別安裝有擋板，且所述的擋板延伸至積分球內(nèi)帶內(nèi)螺紋的光源安裝孔的下方；所述的積分球內(nèi)還安裝有試樣抽屜；所述的帶內(nèi)螺紋的光源安裝孔上安裝有光源。
[0008]所述的積分球?yàn)橹睆?0cm積分球，所述的積分球正上方開設(shè)有為8cm的用于放置高光譜成像光譜儀鏡頭或相機(jī)鏡頭的圓形開口 ；且所述的圓形開口的左側(cè)、右側(cè)分別開設(shè)有I個(gè)直徑為6cm的對稱的帶內(nèi)螺紋的光源安裝孔。
[0009]所述的積分球內(nèi)壁面上涂覆的漫反射涂料采用氧化鎂涂料(MaO)、硫酸鋇涂料(BaS04)、聚四氟乙稀涂料中的一種。
[0010]所述的漫反射涂料優(yōu)選采用聚四氟乙烯涂料。
[0011]所述的光源為鹵素?zé)艋虬谉霟簟Ｆ涔庠垂庾V需盡可能包含較寬廣波長范圍，并且較為均勻，同時(shí)可以快速便捷地更換上述燈具，實(shí)現(xiàn)不同色溫光源的替換，如D65 (6500K)、D50(5000K)、U30(3000K)。
[0012]所述的擋板位于積分球兩側(cè)光源下方，且所述擋板上涂覆有高反射率、光譜反射波長覆蓋范圍光、朗伯特性良好的漫反射涂料。擋板用于阻擋光源發(fā)出的光線直接照射在試樣抽屜范圍內(nèi)。
[0013]所述的擋板上的漫反射涂料采用氧化鎂涂料(MaO)、硫酸鋇涂料(BaS04)、聚四氟乙稀涂料中的一種。
[0014]所述的擋板上的漫反射涂料優(yōu)選采用聚四氟乙烯涂料。
[0015]所述的積分球上靠近底部位置開設(shè)有試樣抽屜安裝孔，且所述的試樣抽屜通過軌道安裝在積分球球內(nèi)，所述的試樣抽屜底板為尺寸30X30cm的正方型底板；所述的試樣抽屜的側(cè)面安裝有把手，且所述的安裝有把手的側(cè)面與積分球外壁面齊平。
[0016]一種適用于紡織品高光譜圖像采集及數(shù)碼測色的光照系統(tǒng)的使用方法，包括如下步驟:I)首先選擇合適的光源、以及高光譜成像光譜儀或照相機(jī)，并將高光譜成像光譜儀或照相機(jī)的鏡頭放置在積分球上方的用于放置高光譜成像光譜儀鏡頭或相機(jī)鏡頭的圓形開口內(nèi)；然后將光源開啟預(yù)熱；待其光照穩(wěn)定后再開始測試；
2)當(dāng)使用高光譜成像光譜儀時(shí)，在試樣抽屜的底板上放置標(biāo)準(zhǔn)校正白板，采集標(biāo)準(zhǔn)校正白板的高光譜圖像，供后續(xù)白板校正；然后將待采集圖像的紡織品試樣放置于試樣抽屜底板的標(biāo)準(zhǔn)校正白板之上，再次使用高光譜成像光譜儀，在同標(biāo)準(zhǔn)校正白板圖像采集的參數(shù)下采集紡織品紗線試樣的高光譜圖像；隨后將高光譜成像光譜儀鏡頭蓋上鏡頭蓋，采集暗電流高光譜圖像；最后使用計(jì)算機(jī)上的軟件對紡織品紗線試樣的高光譜圖像進(jìn)行白板校正及暗電流校正，并最終得到校正過的紡織品紗線試樣高光譜圖像；當(dāng)使用照相機(jī)時(shí)，直接將待采集圖像的紡織品試樣放置于試樣抽屜之內(nèi)的底板上；然后打開積分球上方的相機(jī)，通過與該相機(jī)相連的計(jì)算機(jī)中的軟件設(shè)置參數(shù)，并控制數(shù)碼相機(jī)進(jìn)行測色圖像。
[0017]本發(fā)明的有益效果為:通過本發(fā)明的光照系統(tǒng)和使用方法能夠?qū)崿F(xiàn)高光譜圖像及測色圖像的光照條件的標(biāo)準(zhǔn)化，消除了光源所引起的光照不均情況、鏡面反射嚴(yán)重的情況，并通過該規(guī)范化的光照系統(tǒng)提高高光譜圖像及測色圖像的一致性，從而進(jìn)一步提高后續(xù)光譜分析、顏色測量的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。
【附圖說明】
[0018]圖1是本發(fā)明積分球的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實(shí)施例1中兩種光照條件下高光譜圖像的光譜曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]實(shí)施例1
如圖1所示，本實(shí)施例的一種適用于紡織品高光譜圖像采集及數(shù)碼測色的光照系統(tǒng)，包括積分球1，所述的積分球I內(nèi)壁面上涂覆有高反射率、光譜反射波長覆蓋范圍光、朗伯特性良好的漫反射涂料2，所述積分球I內(nèi)壁面上漫反射涂料2為聚四氟乙烯涂料；所述的積分球I頂部對稱開設(shè)有2個(gè)帶內(nèi)螺紋的光源安裝孔3，所述的帶內(nèi)螺紋的光源安裝孔3之間的積分球I上還開設(shè)有用于放置高光譜成像光譜儀鏡頭或相機(jī)鏡頭8的圓形開口 4 ;所述的圓形開口 4的兩內(nèi)側(cè)面上分別安裝有擋板5，且所述的擋板5延伸至積分球I內(nèi)帶內(nèi)螺紋的光源安裝孔3的下方；所述的積分球I內(nèi)還安裝有試樣抽屜6 ;所述的帶內(nèi)螺紋的光源安裝孔3上安裝有光源7，由于本實(shí)施例將要采集試樣的高光譜圖像，本實(shí)施例光源7為鹵素?zé)簟?br>[0020]所述的積分球I為直徑60cm積分球，所述的積分球I正上方開設(shè)有為8cm的用于放置高光譜成像光譜儀鏡頭或相機(jī)鏡頭8的圓形開口 4 ;且所述的圓形開口 4的左側(cè)、右側(cè)分別開設(shè)有I個(gè)直徑為6cm的對稱的帶內(nèi)螺紋的光源安裝孔3。
[0021]所述的擋板5位于積分球I兩側(cè)光源7下方，且所述擋板5上涂覆有高反射率、光譜反射波長覆蓋范圍光、朗伯特性良好的漫反射涂料2。所述的擋板5上的漫反射涂料2采用聚四氟乙烯涂料。擋板5用于阻擋光源發(fā)出的光線直接照射在試樣抽屜6范圍內(nèi)。
[0022]所述的積分球I上靠近底部位置開設(shè)有試樣抽屜6安裝孔，且所述的試樣抽屜6通過軌道安裝在積分球球I內(nèi)，所述的試樣抽屜6底板為尺寸30 X 30cm的正方型底板；所述的試樣抽屜6的側(cè)面安裝有把手8，且所述的安裝有把手8的側(cè)面與積分球I外壁面齊平；所述的試樣抽屜6底板上放置有尺寸為26 X 26cm的標(biāo)準(zhǔn)校正白板。標(biāo)準(zhǔn)校正白板購于Labsphere 公司，型號為 99AA01。
[0023]本實(shí)施例的一種適用于紡織品高光譜圖像采集及數(shù)碼測色的光照系統(tǒng)的使用方法為:1)首先依照需求，選擇合適的光源，由于本實(shí)施例將要采集試樣的高光譜圖像，故本實(shí)施例選擇的光源7為選擇光譜較全的鹵素?zé)?，所以將鹵素?zé)羯系耐饴菁y與帶內(nèi)螺紋的光源安裝孔3相螺合。本實(shí)施例采用美國Philumina，LLC公司的Themis Visual SystemHyperspectral Imaging System高光譜成像光譜儀，通過可伸縮支架將高光譜成像光譜儀的鏡頭9放置在積分球I上方的用于放置高光譜成像光譜儀鏡頭或相機(jī)鏡頭8的圓形開口4內(nèi)；然后將光源7開啟，預(yù)熱10分鐘，待其光照穩(wěn)定后再開始測試。
[0024]2)通過拉動把手8打開積分球I靠近底部位置的試樣抽屜6，將需要標(biāo)準(zhǔn)校正白板放置在試樣抽屜6之內(nèi)的底板上，在放置好標(biāo)準(zhǔn)校正白板之后，重新關(guān)閉試樣抽屜6，恢復(fù)積分球I原本的球體形狀，保證后續(xù)實(shí)驗(yàn)的順利進(jìn)行。
[0025]3)打開積分球 I 上方的美國 Philumina，LLC 公司的 Themis Visual SystemHyperspectral Imaging System高光譜成像光譜儀，通過其預(yù)覽模式預(yù)覽標(biāo)準(zhǔn)校正白板的高光譜圖像，通過調(diào)整其光圈大小、對焦情況以及鹵素?zé)舻碾妷?，使得校正白板高光譜圖像中光譜曲線DN值最高為64880左右，確定其光圈大小為最大、對焦調(diào)至最為清晰、鹵素?zé)綦妷簽?0V、曝光時(shí)間為50ms，然后在該參數(shù)條件下采集標(biāo)準(zhǔn)校正白板的高光譜圖像，供后續(xù)白板校正。
[0026]4)打開位于積分球底部的試樣抽屜6，將待采集圖像的紡織品試樣放置于試樣抽屜6底板的標(biāo)準(zhǔn)校正白板之上，在本實(shí)施例中試樣為圈繞在載玻片之上的各類紗線，在放置試樣時(shí)需盡可能擺放在底板中心位置，同時(shí)需保證在標(biāo)準(zhǔn)校正白板范圍之內(nèi)，從而保證最終白板校正后高光譜圖像的準(zhǔn)確。在放置好紗線試樣之后，重新關(guān)閉上述試樣抽