[发明专利]一种双目的八谱段多光谱相机设计方法

说明书

本发明公开了一种双目的八谱段多光谱相机设计方法，步骤包括：步骤1、确定八谱段滤光片的透射曲线；步骤2、确定八谱段光谱成像的MSFA阵列分布，构成两组成像模块的四谱段MSFA阵列；步骤3、实现八谱段光谱Raw图像恢复，通过步骤2获得的光谱数据称为光谱raw数据，每个像素位置存储了1个谱段数据，其他3个谱段数据采用demosaic算法进行恢复；步骤4、对光谱相机的两个摄像头上恢复的多光谱图像进行配准。本发明的方法，简便易行，准确性高。

技术领域

本发明属于快速光谱成像技术领域，涉及一种双目的八谱段多光谱相机设计方法。

背景技术

现实中的光在一定波长范围内都具有一定能量，由各波段光谱混合而成。在典型的彩色成像中，光谱被分离成R、G、B三个谱段进行测量，从而形成RGB图像。由于RGB图像只有三个谱段，利用RGB图像重构高维光谱值会产生较大误差，因此为了更准确的获取和重建光谱，需要采用更多谱段的成像设备，特别是6谱段以上的多光谱成像设备，以便捕获现实场景的可靠光谱信息，应用于数字存档、高保真彩色再现、目标检测等领域。

采用Bayer CFA(彩色滤光片阵列)和去马赛克技术的单传感器成像技术已被广泛用于当前小型、低成本的彩色数码相机。MSFA多光谱相机具有成像快、成本低、体积小等优势。将CFA扩展到多光谱滤波器阵列(MSFA)，能够在一次拍摄中获得多光谱图像，是目前多光谱相机的一个重要发展方向。但是现有技术的多光谱成像设备存在成本高、成像慢、体积大等问题，影响了其广泛的使用。

发明内容

本发明的目的是提供一种双目的八谱段多光谱相机设计方法，解决了现有多光谱成像设备成本高、成像慢、体积大的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种双目的八谱段多光谱相机设计方法，按照以下步骤实施：

步骤1、确定八谱段滤光片的透射曲线，

假定光谱采集范围为λ₁＜λ＜λ₂，则透射函数定义为：其中，μ为光谱分布的期待值，σ为标准差；

步骤2、确定八谱段光谱成像的MSFA阵列分布，

在光谱相机结构中采用两个摄像头，每个摄像头对应一个CMOS负责四个谱段成像，CMOS成像面上每个像素位置只采集一个谱段的光谱数据，因此采样率为25％；

本步骤将八个谱段的滤光片分成两组，第一组谱段滤光片成像A～D谱段，第二组谱段滤光片成像G～H谱段，每组的四个谱段滤光片阵列都分布在2×2子阵列中，在整个成像面积内充分排列，构成两组成像模块的四谱段MSFA阵列；

步骤3、实现八谱段光谱Raw图像恢复

通过步骤2获得的光谱数据称为光谱raw数据，每个像素位置存储了1个谱段数据，其他3个谱段数据采用demosaic算法进行恢复；

步骤4、对光谱相机的两个摄像头上恢复的多光谱图像进行配准，

采用基于频域的图像配准方法，利用傅里叶变换将两幅demosaic后的待配准图像变换到频域，然后通过两幅配准图像的频域图像的互功率谱计算出两幅图像间的平移距离，从而实现图像的配准。

本发明的有益效果是，采用包含两个摄像头的成像原理，采用两个摄像头对八个不同谱段的光线进行采样，即摄像头一采集A～D的四个谱段，摄像头二采集E～H的四个谱段，每个镜头下是CMOS成像传感器，CMOS表面覆盖一层按照MSFA阵列分布的滤光片，用于对入射光进行分色。因此，CMOS获得的图像是一种mosaic图像，每个像素位置只采集了一个谱段的图像信息，需要利用demosaic算法恢复其余谱段信息。对此，本方法采用了MSFA阵列方式，以及对应的demosaic算法，从而能够实现一次曝光获得完整的八谱段光谱图像。

附图说明