（教育技术学专业论文）基于三色相机的多光谱图像获取方法研究.pdf

ii 曲阜师范大学研究生学位论文原创性说明 （根据学位论文类型相应地在“”划“”） 本人郑重声明：此处所提交的博士/硕士论文基于三色相机的多光 谱图像获取方法研究，是本人在导师指导下，在曲阜师范大学攻读博士/ 硕士学位期间独立进行研究工作所取得的成果。论文中除注明部分外不包 含他人已经发表或撰写的研究成果。对本文的研究工作做出重要贡献的个人 和集体，均已在文中已明确的方式注明。本声明的法律结果将完全由本人承 担。 作者签名： 日期： 曲阜师范大学研究生学位论文使用授权书 （根据学位论文类型相应地在“”划“”） 基于三色相机的多光谱图像获取方法研究系本人在曲阜师范大学攻 读博士/硕士学位期间，在导师指导下完成的博士/硕士学位论文。 本论文的研究成果归曲阜师范大学所有，本论文的研究内容不得以其他单位 的名义发表。本人完全了解曲阜师范大学关于保存、使用学位论文的规定， 同意学校保留并向有关部门送交论文的复印件和电子版本，允许论文被查阅 和借阅。本人授权曲阜师范大学，可以采用影印或其他复制手段保存论文， 可以公开发表论文的全部或部分内容。 作者签名： 日期： 导师签名： 日期： iii 摘 要 近年来，随着颜色复制技术及数字成像设备的迅速发展和广泛应用，人们对颜色复制 准确性的要求越来越高，所以光谱图像便成为一种研究热点。基于光谱颜色复制技术实现 的是光谱匹配， 要求原色与再现色的光谱特性一致,即在任何条件下均能保持颜色的色彩再 现性能。光谱颜色复制技术能满足光谱颜色再现的要求,它在可见光的范围采用 6-31 个光 谱通道采集颜色信息，而非现今印刷的红、绿、蓝三通道来采集处理颜色信息，以物体的 光谱反射率或透射率作为标定颜色的唯一标准，并通过光谱重构及叠印率的预测等来实现 颜色的精确控制，实现多通道多光谱图像的重构。 本文主要目的是实现三色相机为基础的多通道多光谱图像重构系统搭建，完成数码相 机获取得到的数码响应值到颜色光谱反射率的转换。在颜色复制全过程中真正做到“所见 既所得”的颜色复制效果，实现颜色复制与设备、介质、标准照明体、观察者的无关性。 在研究当中拟合出了系统数码信号值与 ccd 所受光辐射能量之间的转换方程，通过 对数码值的线性校正处理系统重构光谱的准确度得到了很大程度的提高。系统利用校正后 数据进行了基于伪逆法的光谱重构和基于基函数法光谱重构实验，并且对基函数的计算方 法做了比较，确定了奇异值分解法(svd)进行求解。通过比较分析两种重构结果发现，在 使用伪逆法进行光谱重构时，三色相机 6 通道重构 24 个色块平均均方根误差为 0.044，色 差最小 0.94，平均色差为 5.273；使用基向量法重构光谱时，三色相机 6 通道重构光谱的 24 个色块平均均方根误差 0.044，色差最小 1.03，平均色差为 5.3。实验结果证明本重构系 统具有较高的可行性和准确性，也可以证明本文实现的三色相机多通道光谱重构系统就有 较好的性能，具有较高的推广应用价值。 最后，本文对多通道光谱重构系统做了总结，并且对多光谱技术在高保真印刷、跨媒 体出版及颜色管理的应用趋势做了展望。 关键字：数码响应值；同色异谱现象；色差；奇异值分解；伪逆法；基函数 iv abstract in recent years, with the rapid development and wide application of color duplication technology and digital imaging devices, standard of color reproduction accuracy become very high, and the spectral image has become a research trend. color reproduction technology based on the spectrum is spectral matching, which requires spectral characteristics of reproduction color same as target color, that mean they can maintain the color color reappearance performance in any conditions. spectral color reproduction technology can meet the requirements of spectral color reproduction, it uses 6-31 spectral channels of the visible light range to capture color information, rather than uses red, green and blue channel. spectral reflectance or transmittance of the object as the sole criterion for calibration of color, and through the reconstruction of the spectrum and forecast ink trapping to achieve precise control of color or multi-spectral image reconstruction. the main purpose of this paper is to build a multi-channel multi-spectral image reconstruction system based on three-color camera. and complete the conversion of the digital response value obtained by digital cameras to the spectral reflectance of the color. truly achieve the color copy effect of what you see is what you get in color copying whole process, make the color reproduction independent of equipment, media, standard illumination and observer. this paper has fitted the conversion equation of the digital signal value and the light radiation energy suffered ccd. the accuracy of the spectral reconstruction of the system has been largely improved by linear correction processing on the digital value. system uses the calibration date to do two reconstruction experiments which respectively based on the pseudo-inverse method and basis function. and by the comparison method of calculation of the basis functions determined using singular value decomposition (svd) method to solve. through the analysis the results of two spectral reconstruction found that the average root mean square error of 24 blocks of color reconstructed by the spectral reconstruction experiment based on pseudo- inverse is 0.044, and the minimum color difference is 0.94, the average color difference is 5.273. the average root mean square error of 24 blocks of color reconstructed by the spectral reconstruction experiment based on basis function is 0.044,and the minimum color difference is 1.03,the average color difference is 5.3.the experimental results show that this spectral reconstruction system has a higher feasibility and accuracy, can also prove that multi-channel spectral v reconstruction system based on three-color camera implemented in this article have better performance and higher application value. finally，the main conclusions of the multi-channel spectral reconstruction system proposed in this dissertation were summarized, and the application trend of multi-spectral technology in high-fidelity printing, cross-media publishing and color management in the future were also forecasted. key words: digital response value, phenomenon of metamerism, color difference, singular value decomposition, pseudo-inverse method, basis functions vi 目 录 摘 要 . i abstract . iv 目 录 . vi 第 1 章 绪论 . 1 1.1 研究背景与意义 . 1 1.2 国内外研究现状 . 1 1.2.1 国内研究现状 . 2 1.2.2 国外研究现状 . 2 1.3 研究内容 . 3 1.4 研究创新处 . 3 1.5 技术方案 . 5 第 2 章 颜色科学与视觉主要基础理论 . 7 2.1 颜色与视觉 . 7 2.2 颜色光度特性 . 7 2.3 同色异谱 . 8 2.4 色差评价公式 . 8 第 3 章 数据获取 . 10 3.1 实验环境及样本选取 . 10 3.2 图像拍摄条件 . 11 3.3 数码相机拍摄步骤. 12 第 4 章 数码响应值线性校正 . 13 4.1 线性校正原理 . 13 4.2 校正实验 . 13 4.2.1 校正实验数据获取 . 13 4.2.2 校正数据处理 . 15 4.2.3 拟合线性转换方程 . 16 4.3 线性校正对光谱重构的影响 . 17 第 5 章 光谱重构模型 . 19 5.1 伪逆法光谱重构 . 19 5.1.1 伪逆法光谱重构原理 . 19 5.1.2 伪逆法重构光谱 . 20 5.1.3 光谱重构结果 . 20 vii 5.1.4 光谱重构精度分析 . 22 5.2 基函数法光谱重构. 23 5.2.1 基函数理论. 23 5.2.2 基函数的求解方法 . 24 5.2.2 基函数法重构光谱 . 25 5.2.3 基函数数量对重构影响 . 26 5.2.4 重构结果 . 27 5.2.5 重构精度分析 . 29 第 6 章 总结与展望 . 31 参考文献 . 33 致谢 . 35 在校期间发表的学术论文 . 36 附录 1： color checker 重构光谱数据： . 37 附录 2：color checker 色卡数码响应值 . 40 曲 阜 师 范 大 学 硕 士 学 位 论 文 1 第 1 章 绪论 1.1 研究背景与意义 传统的颜色复制方式可以成功地实现正确的色度颜色再现，可是并不能实现色貌匹 配。虽然传统的颜色复制技术解决了在色度空间中相关设备的依赖性问题，能够让复制颜 色的 cie 三刺激值（xyz）与样本色相同，但是这只能在颜色的样本尺寸、样本形状、样 本表面特性以及周围环境、背景照明条件等因素都相同的观察条件下，视觉感知才会是一 致的。这也就是说如果将相同（xyz）的颜色放置于两个不同的观察条件下，那么人的视 觉感知会产生变化，即所谓的色貌现象。既使在相同的观察条件下，不同的观察者所观察 颜色也有一定的差异。标准观察者是建立在统计基础上，人种和年龄也会引起观察者对色 彩的判别的差异；同时，即使是同一观察者，使用不同的观察视场，对颜色的判别精度也 会有所不同。 另外，xyz 颜色空间存在“同色异谱”现象，即在视觉上相同的颜色（x、y、z 三 刺激值完全相同）所对应的光谱可能截然不同。照明光源或观察者一旦改变，原来两个相 同的颜色就变得不相同，xyz 值也不相同了1。这样，对 rgb 图像的复制基本上都是同 色异谱的复制，严重影响颜色的判别精度。对同色异谱现象的解决，必须使用光谱图像， 以光谱图像数据作为色彩传递和复制的连接空间2,3,4,5。 将光谱成像技术引入到图像的获取 领域，可以实现同色同谱的光谱复制。以多光谱数据作为图像获取数据类型，是对原有的 获取数据的一大突破。 多光谱成像与 rgb 成像比具有理论基础优势，突破了传统彩色复制中基色油墨数量 的限制，表现出更大的色域范围，真正做到“所见既所得”的复制效果，实现了不依赖于 标准光源和标准观察者的颜色的一致，而且还可以实现阶调层在视觉上的一致，这将是颜 色科学应用的一个突破。并且此项技术对高保真印刷技术和艺术品复制、影片后期处理、 游戏特效、卫星气象、医疗等领域都有巨大的应用价值。以艺术品的保存为例，我们只需 要保存他们的高动态范围光谱图像，就相当于保存了艺术品本身。对年久失修的艺术品， 只需按所保存的光谱图像数据为标准进行修复，就可以完全恢复原貌6,7。很多科学技术人 员开始尝试利用技术手段来对这些世界上独一无二的艺术作品来进行建档保存8。多光谱 图像的获取研究也必将成为未来印刷业发展的方向。 1.2 国内外研究现状 对多光谱理论的研究尽管日臻完善，但它在彩色出版方面的应用研究还只是近几年才 提出9。目前,多光谱成像技术的发展方向主要集中在提高图像采集系统自身硬件设计和改 进相应的理论算法10,11,12。1993 年，英国科学家 saunders 等人采用具有 7 个光谱通道的数 曲 阜 师 范 大 学 硕 士 学 位 论 文 2 码相机，通过机械扫描取得了每帧 20k20k/10bit l3,11bit a3b3 编码数据的图像，成功地 用于国家美术馆的美术样品收藏，这就是多光谱图像采集及光谱反射比重建技术在颜色领 域中的最早的应用实例之一。2006 年，意大利费拉拉大学的 claudio bonifazzil 等人设计出 了应用于壁画的多光谱图像的采集设备，这种设备通过 d65 光源的照射，利用图像传感器 （ccd 或者是 cmos） 来采集油画表面特有荧光染料的色度信息，来建立样本的特征向量 矩阵，然后再用主成份分析法( principal component analysis, pca)选出特征向量中的主特 征向量，进而重建出油画的光谱反射比13。国外的多光谱图像采集设备测量的精度高，但 结构复杂，成本较高。国内并发现有专门的面向彩色出版的多光谱图像获取设备。 1.2.1 国内研究现状 本课题试图用多个不同光谱带宽来对原稿或原景物进行拍摄或扫描，从而采集得到与 多个子光谱带相应的多维灰度图，并以此为基础进行多光谱图像处理、色彩空间转换和彩 色输出模拟。在我国，多光谱成像技术的研究开发主要集中在遥感技术方面的领域，而在 颜色科学领域的研究则相对较少。近年来，国内的一些研究人员认识到多光谱成像技术在 颜色科学领域应用的重要性，纷纷提出各自的多光谱图像采集系统。 2002 年深圳职业技术学院朱元泓教授提出了“基于多光谱理论的色彩预测”研究并且 得到国家自然科学基金的资助，经过几年的研究，解决了其中的一些重要问题，彩色输出 的基色数量的限制和多光谱向量之间的相关性相结合，选取了最优的五至八个光谱子带建 立低维光谱向量基空间。从理论上证明了在多光谱图像获取过程中，完全可使用低维光谱 向量基空间建立光谱图像。 2007 年，云南师范大学的杨卫平、孙波等人根据 munsell 实验室的 berns 等人提出的 多光谱相机的数学模型设计出了基于双 cmos 多光谱成像系统。系统主要部分由滤光片、 cmos 摄像头和分光镜组成。 cmos 摄像头是系统的图像输入设备， 系统采用 2 只 cmos、 1 只彩色 cmos、1 只黑白 cmos，系统中所使用的滤光片为宽带滤光片。拍摄过程中， 要在 cmos 前分别装上镜头。当不加滤光片时，系统可以获得 4 个通道的信息，其中 1 个 通道是通过 cameral 得到的灰度信息，另外 3 个通道是通过 camera2 得到的 rgb 值。添 加不同的滤光片的组合，可以得到足够多的信息。 此外，北京理工大学的冯洁、廖宁放等人设计了由 14 个窄带滤光片组成的多光谱图 像采集系统，仅用于用于植物的病虫害检测方面。 1.2.2 国外研究现状 多光谱颜色技术最早由德国的亚琛工业大学于 1974 年提出并发展起来的，而在多光 谱图像获取方面，美国罗切斯特大学的孟塞尔实验室最早开始，而后像瑞士、德国等一些 曲 阜 师 范 大 学 硕 士 学 位 论 文 3 发达国家也开始了彩色出版领域里的多光谱图像获取的研究。虽然已经取得了一些阶段性 的成果，但是多光谱图像的获取仍然处于研究阶段，在彩色出版方面还没有实际拍摄整幅 图像的所有光谱数据。 后来的多数研究基本上是在此方程上的修正， 比较著名的是由 yule- nielsen 的 n 值修订， 提高了计算的精确性， 但该模型的光谱基色空间向量为传统的三维 （c、 m、y）或四维（c、m、y、k），没有扩展更多的维数，色域有限，不能实现高保真印 刷。目前的研究以瑞士 empa 研究所研究得比较深入和系统，safer 博士针对透射介质和 激光输出设备进行了光谱匹配实验，但是没有进行多光谱图像分色输出的研究。美国罗切 斯特大学的孟塞尔实验室的 roy s.berns 等人在第八届彩色成像会议上提出了的六色分色 模型，该模型只是针对色样，而且是在四色模型的基础上建立的，尚未见过有其修改模型 及其实际用于多光谱图像的分色输出的报导。 1.3 研究内容 颜色样品的光谱重构就是把色度值转换成其相应光谱值的过程。本文把几种常用光谱 重构方法应用到从数码相机的光谱重构系统中。完整地搭建起基于数码相机的多光谱重构 系统。并且对相机采集的 rgb 信号进行校正，比较不同重构方法的选择精度和优缺点。 对各个方面对基于数码相机信号光谱重构问题进行深入探讨和研究，提出一套有效的物体 表面颜色样品的精确多光谱重构系统。下面是具体要解决的问题： （1）图像获取系统各组件对光谱预测的影响分析。如 ccd 成像器件、滤色片、光源 等组件的特性对光谱预测的影响是不可避免的，作为本研究的一个重要手段是利用多光谱 理论进行分析，对各组件建立数值模型，为达到获取系统的光谱预测精度提供前提。 （2）获取系统特征光谱向量空间的建立。以前的研究和其他有关文献表明，可见光 谱向量之间存在着相关性，可以为光谱预测首先建立光谱向量基空间，减少多光谱图像的 光谱数据冗余。在此基础上，利用系统分析方法，分析获取系统的传递特性。研究获取系 统与光谱向量基空间之间的关系，建立与基空间向量维数相同的获取系统特征光谱向量空 间，使系统特性化。 （3）颜色数码与光谱之间的相关性分析。现有数码相机都是基于数码（灰度值） ，而 我们是要建立光谱图像。对每个像素，rgb 相机获取三个数码。即使使用多光谱得到的也 是多个数码，因此，要寻找光谱反射率与相机数码之间的关系，才能真正获得颜色的光谱。 1.4 研究创新处 本文研究的基本思想是利用已经发展成熟的光谱成像理论，面向彩色出版系统，建立 曲 阜 师 范 大 学 硕 士 学 位 论 文 4 多光谱光谱图像的获取与输出模型。 创新之处在于： （1）真正搭建了可用于实际颜色复制应用的多光谱图像重构系统。 （2）建立了一套适合三色数码相机的线性校正方法，大大提高了多光谱重构精度。 （3）在输入系统的研究中提出两种重构多光谱图像的方法，实现从数码相机响应值到高 动态范围光谱数据的转换。 图 1-1 三色相机多通道多光谱重构系统 曲 阜 师 范 大 学 硕 士 学 位 论 文 5 图 1-2 实验使用部分基本仪器设备 1.5 技术方案 通过多次试验总结经验， ，本文提出了一套完整的多通道多光谱重构系统技术方案， 整个系统可以分为四个主要部分：重构数据获取、数据校正、重构算法建立和重构精度分 析及修正。 研究最初首先通过对实验样本进行分析，选取系统重构最佳的颜色样本，同时对系统 各组件（如 ccd 成像器件、测量仪器、滤色片、光源等）对光谱预测的影响进行分析， 从而建立向量基空间，确定重构算法。通过这些分析也对确定系统数据获取方法和数据类 型，确定最佳的数据校正方法提供了有效的依据。最后，系统通过分析重构图像的精度对 系统方案进行优化调整得到最佳技术方案。 曲 阜 师 范 大 学 硕 士 学 位 论 文 6 图 1-3 多通道多光谱重构系统流程图 原稿/源场景 拍摄条 件分析 多通道图像 样本 选取 三色/单 色系统 组件光 谱特性 分析 光谱向量基空 间建立 数码信号 三色机 信号校 正算法 数码响 应值分 析 光谱重构算法 重构光 谱数据 测量光 谱数据 结果比较分析 算 法 修 正 最佳三色相机 重构光谱数据 系统流程图系统流程图 三 色 相 机 多滤光 片，稳 定条件 拍摄 多通道数 码响应值 数据 三 色 重 构 算 法 样本 分析 注释： () 三相机光谱重构系统； 重构数据获取； 数据校正； 重构算法建立；精度分析 曲 阜 师 范 大 学 硕 士 学 位 论 文 7 第 2 章 颜色科学与视觉主要基础理论 2.1 颜色与视觉 颜色是人眼视觉系统对光的一种感觉。光经过物体反射或者透射后刺激人眼，人眼产 生了此物体的光亮度和颜色的感觉信息，并将此信息传至大脑中枢，在大脑中将感觉信息 进行处理形成色知觉。颜色离不开光源、物体、人眼及大脑，而且受到人的心理因素的影 响14。颜色科学就是处理刺激的物理属性和其相应产生的心理感知间关系的科学。 颜色的物理刺激与照明光源息息相关， 根据物理刺激分为两大类:一类是光源照明的色 光与人们的视觉系统直接作用产生的非相关颜色;另一类是由光源与材料相互作用产生相 关色。由于同一物体在不同的照明体或光源的照明下会呈现不同的颜色，这也就给颜色测 量带来困难；另外实际的照明光源种类繁多，其光谱功率分布也有很大的差异，因此，为 了统一颜色评价的标准，国际照明委员会(cie,intemationalcomrnissiononillurnination)针对 颜色测量和计算推荐了几种标准照明体，包括 d50 和 d65 等，其相对光谱功率分布如图 2-1 所示16。 0 100 200 300 300400500600700800 波长 反射率 d50 d65 a 图 2-1 标准光源光谱分布曲线 2.2 颜色光度特性 颜色是由光源照明与颜色样本共同作用产生的相关色。由于光照射在颜色表面时，可 能发生吸收、反射、透射等光学现象，所以颜色表面属性是影响颜色信号的重要因素17 。 光谱反射比是颜色表面反射光辐射的唯一标定属性，反射部分的光辐射到达人眼，就会产 生反射光颜色信号。一种颜色就有一种固定的分光反射率分布，在固定光照下，其反射的 分布能量分布是确定的，所表现出的颜色也是确定的，但是一旦光照条件发生变化后，则 最后得到的反射分光能量分布和原光源的也不同了，所变现出来的颜色也就不同。 曲 阜 师 范 大 学 硕 士 学 位 论 文 8 2.3 同色异谱 相同的两种颜色，它们的光谱分布可以相同，也可以不同。这种光谱组成不同，但可 以相互匹配的现象叫做同色异谱现象。 在颜色复制和颜色匹配时，最准确的匹配是匹配的颜色和被匹配的颜色的光谱功率分 布完全一样，就是说如果能够在不同的媒体上重建目标物体表面上各点的光谱反射比，那 么就可以实现在不同的观察条件下真实复制该物体的表面颜色，真正实现“所见即所得” 。 但是现实情况下这只能在媒体相同、颜料相同等严格的条件下实现，这称为有条件匹配， 即光谱匹配。 2.4 色差评价公式 在颜色复制的过程中，很难做到完全准确的复制，总会存在一定的差别。为了获得颜 色在知觉上的均匀空间， 同时又能反应大于阈值小于孟赛尔颜色系统所表示的色差18。 cie 推荐使用 cie1976l*a*b*颜色空间及色差公式,其主要是应用在减色法的色料混色，较适合 于印刷、染料、颜料、及油墨等表面颜色工业部门14。下图所示的是 cie1976l*a*b*均匀 颜色空间。 图 2-2 cie1976l*a*b*均匀颜色空间 cie1976l*a*b*色差公式118,19,20有下式确定： l*、a*、b*的色差公式由下式确定： 1/3 *116(/)16(/)0.008856 *903.3(/)(/)0.008856 *500 (/)(/) *200 (/)(/) ly yny yn ly yny yn af xxnf y yn bf y ynf z zn 其中， 曲 阜 师 范 大 学 硕 士 学 位 论 文 9 1/3 1/3 (/)0.008856 (/)0.00 (/)(/) (/)7.787(/) 16/116 ( / 8856 ( /)0.008856)( /) ( /)7.787( /) 16/116 nn nn nn nn f xxxx f xxxx f y xxn xxn y ynyy y f y yy y 1/3 1/3 ( /)( /) ( /)7.7 ( /)0.008856 ( /)0.008856 ( /)0.00885687( /) 16/116 ( /)0.008/)( /) nn nn nn f y yy y f y y y yn y yn y yyny fyyyy yny 1/3 856 ( /)0.008856 (/)0.00885 ( /)7.787( /) 1 6 (/)0.00 6/116 (/)(/) (/)7885.7867(/) 16/116 nn nn nn f y yy y f z zz z y yn z zn f zz znzz z 由 cie lab 色空间计算的两个颜色的总色差公式为： 2*2*2* )()()(baleab (1) 式中，x、y、z 为颜色的三刺激值；xn、yn、zn 为 cie 标准照明体照射在完全漫反射体 上，再经过完全漫反射体反射到观察者眼中的白色刺激的三刺激值（在标准光源 d65照明 下，yn=100、xn=95.045、zn=108.892）;l*为心理计量明度，a*、b*为心理计量色度18。 曲 阜 师 范 大 学 硕 士 学 位 论 文 10 第 3 章 数据获取 3.1 实验环境及样本选取 在重构系统中获取到的数码值会直接影响到重构光谱的精度，所以数码响应值必须要 真实的反映拍摄稿的色度信息，而多光谱图像获取与普通拍摄图像具有很大的差别，系统 必须获取到图像最合理的数码响应值以用于光谱重构。研究通过多次实验和计算分析总结 出了一套最合理的多光谱图像获取方法，这套获取方法很大的提高了多光谱图像的重构精 度。 实验使用了尼康 d700 三色相机进行实验数码数据的采集，并分别通过加装滤色片支 架和滤色片转轮的方式获取多通道数码响应值。训练样本的光谱反射率是通过使用分光光 度计 spectrolion 测量得到。 图 3-1 color checker 24 色卡 为了方便实验重构模型的验证， 简化计算， 实验训练样本采用了 color checker 24 色色 卡，检验样本同样是这款色卡，这样只是简化实验过程，并不影响重构模型的准确性。实 验通过反复实验找到了最佳拍摄方法，获取到了合理的数码响应值，使图像中的色卡的亮 调色块部分 rgb 信号不出现溢出，也不能使较黑色块之间不易辨认。三色相机拍摄时共 读取了六个通道的数码响应值，包括 r、g、b 三个通道，以及加了浅蓝滤光片拍摄的新 的 r、g、b三个通道。下面是实验中使用滤光片的透射率曲线图。 曲 阜 师 范 大 学 硕 士 学 位 论 文 11 0 25 50 75 100 380480580680780 /nm transmittance 图 3-2 三色相机使用浅蓝滤光片透射率曲线 3.2 图像拍摄条件 为了获取有效的训练样本颜色数据，提高数据的准确性，拍摄前必须要确定一个稳定 的拍摄环境。 首先在颜色图片的拍摄过程中，相机本身和照明及周围环境的设置是非常关键的。照 明的稳定性包括时间和空间两方面。如果目标物体表面受到的光辐射量随时间变化，或颜 色样品在不同空间位置所受光辐射量各有不同，那么该颜色产生的数码相机 rgb 信号必 然也会有变化。为此，使用照度计对光源照明的时间稳定性作了检测。将照度计置于两光 源中央位置的并成 45角，从光源打开瞬间开始，在第 0、1、2、3、5、10、15、20、25、 30 分钟时分别测量光源照度。 经过观察试验发现光源照度随时间变化曲线可以看出的在三 分钟后照度趋于平稳，照度在 234-236lx 之间。 图 3-3 光源照度时间变化曲线 另外通过相机的光学原理可以得知由于相机内部凸透镜的光学作用，感光器接受到的 光辐射能量在中央部位最强，且沿着半径方向递减。所以，在拍摄时将颜色样品尽量放置 在相机视场的中央区域。另外为了能够重现标靶的灰度级别，必须要控制到达感光器的光 辐射能量，使相机的 rgb 信号能够处于一个合理的数值区间，下面的拍摄步骤中将会为 曲 阜 师 范 大 学 硕