基于高光谱的颜色测量方法研究

• 作 者: 叶琦
• 出 处: 中国科学院大学(中国科学院上海技术物理研究所)
• 发表日期: 2018年01期
• 关键词: 超光谱和高光谱成像 颜色测量 光谱匹配 光谱反射率

颜色是确定产品质量和识别物体类型的一个重要依据。现有的色卡、彩色相机、分光光度计等颜色测量方法在测量精度和效率上都有一定的局限性:使用色卡进行人工比对的方法效率低下、精度也十分有限;基于红绿蓝(RGB)原理的彩色相机成像效率高,但其光谱分辨率较为粗糙,无法区分颜色微小的色差;分光光度计有着较好的测色精度,但其只能进行单点的测量,测色效率很低。高光谱成像技术是近四十年来才发展起来的一种全新的遥感成像技术,它具有超多波段、高光谱分辨率、波段窄、光谱范围广和图谱合一等特点,被广泛的应用于地质学、植被科学、农业等各个领域。本课题将高光谱应用于颜色测量领域,设计了一套基于高光谱的颜色测量方法,与现有的测色方法相比,高光谱测色方法能够测量更宽的光谱范围,能够记录更精细的光谱特征,有着更高的测色精度。为了解决区分两种相近颜色非常困难的问题,本课题基于高光谱成像技术的原理,设计并搭建了一套采用棱镜分光的分光方式、互补金属氧化物半导体(CMOS)作为焦平面阵列(FPA)材料的高光谱成像系统,将其应用在颜色测量领域,对国际标准色卡进行成像测谱,验证了使用高光谱成像系统对颜色进行测量的可行性。另外结合高光谱图像数据的特殊性,有针对性的设计了一系列例如非均匀性校正、像元合并、波段合并和辐射归一化等的数据处理算法,将实验获得的丰富的高光谱数据与彩色相机所采集到的颜色信息使用细分波段比较、合并波段比较和光谱角匹配比较三种方式进行定量化的对比,证明了高光谱图像拥有更宽的光谱范围和更精细的光谱特征,能够区分彩色相机不能区分的微小色差,效果十分显著,对于工业生产中颜色测量准确性的提高有着重大的意义。