[发明专利]一种基于LED照明的颜色测量多光谱成像系统

摘要

本发明提供了一种基于LED照明的颜色测量多光谱成像系统，包括主控计算机和封闭式灯箱；灯箱顶部设有数码相机，底部设有LED灯组控制装置、抽屉式承物台和LED灯组。被测物体放置抽屉式承物台上，主控计算机控制LED灯组的光谱功率分布与数码相机的光谱灵敏度曲线成倒数关系，驱动LED灯组控制装置开启相应的LED灯及其点亮程度，同时控制数码相机拍摄LED灯开启时被测物体图像并提取相机响应进行计算，得到被测物体每一个像素的光谱反射率。实施本发明，能够突破传统局限，用于传统测色仪器无法使用的领域。

主权项

1.一种基于LED照明的颜色测量多光谱成像系统，其特征在于，包括主控计算机和用于搁置被测物体的封闭式灯箱；其中，所述灯箱的顶部设有数码相机，底部中央封闭空间内设有LED灯组控制装置，其上部设有用于搁置被测物体且经外部驱动进出所述灯箱的抽屉式承物台，底部两侧分别设有至少一个LED灯组；其中，所述数码相机对准所述被测物体并与所述主控计算机相连，用于对所述被测物体进行图像拍摄；所有的所述LED灯组具有相同的结构；每一个所述LED灯组均包括多个不同峰值波长的单色LED灯；所述LED灯组控制装置与每一个所述LED灯组及所述主控计算机均相连，用于接收所述主控计算机发送的控制指令，并根据所述接收到的控制指令，控制每一个LED灯组之其一或其多LED灯打开或关闭及其点亮程度；所述主控计算机，用于根据所述数码相机的光谱灵敏度曲线，控制所述每一个LED灯组的光谱功率分布与所述数码相机的光谱灵敏度曲线成倒数关系，并输出控制指令驱动所述LED灯组控制装置开启所述每一个LED灯组中相应的LED灯，以及接收所述每一个LED灯组中相应的LED灯开启时所述数码相机拍摄到的被测物体的图像并提取相机响应进行计算，得到所述被测物体上每一个像素的光谱反射率；该颜色测量多光谱成像系统具体实现方法如下：第一步、测量数码相机的光谱灵敏度曲线：数码相机的光谱灵敏度曲线s(λ)的测量采用两种方法，具体如下：第一种方法为单色仪测量法，拍摄不同采样波长λ处标准白板的图像及测量不同采样波长λ处单色光的光谱功率分布，通过计算获取光谱灵敏度；第二种方法为相机成像方法，用所述数码相机拍摄一张自然光照条件下标准色卡的图像，测量自然光源的相对光谱功率分布和标准色卡中每个色块的光谱反射率，通过优化方法获取光谱灵敏度，适用于实时光谱灵敏度测量；第二步、提取颜色基函数：从现有颜色数据库中，如Munsell色卡光谱反射率，提取m个颜色基函数，m为5～8，用m个基函数线性组合表示物体反射率r(λ)，即：其中，bi(λ)是统计决定的物体反射率的正交基函数，σi是一组权重因子，λ为光波长；在已知基函数的情况下，对不同的物体表面，只要确定各个基函数的权重因子就可以重建其光谱反射率；第三步、筛选LED灯源并获得LED灯光源配方：将第i个光源的相对光谱功率分布设定为li(λ)＝bi(λ)/s(λ)，即第i个基函数bi(λ)与相机传感器灵敏度s(λ)之比，则ti时刻相应的相机输出O(ti)即为对应基函数的权重因子σi＝O(ti)，代入式(1)，就可以从m个相机输出信号中重建出光谱反射率：其中，ki表示第i个光源对应的相机响应缩放系数，它与光源的发光强度及相机曝光量有关，在固定相机曝光量的情况下，通过已知光谱反射率的标准色卡的多光谱图像优化获取ki；第四步、点亮LED灯组：采用PWM技术设计LED灯组控制装置的控制方式，使得每一个LED灯的亮度调节位深不少于1024，以便于精确模拟所需光源的光谱功率分布；第五步、拍摄被测物体图像：在控制相应的LED灯开启时，控制数码相机的曝光参数依次拍摄被测物体在m个光源下的图像并传送到主控计算机中；第六步、提取多光谱图像同位像素的相机响应值并计算出光谱反射率：提取m个多光谱图像中同位像素的相机响应值O(ti)，i＝1…m，将相机响应值O(ti)、对应的基函数bi(λ)及ki值代入式(2)，获取被测物体每一个像素的光谱反射率。