传世艺术画作的多光谱图像数字典藏技术

介绍了多光谱颜色技术和以及国外研究近况,提出了运用多光谱颜色技术获取多光谱图像对传世艺术画作进行抢救性保护的可操作技术途径。构建了宽带多光谱成像实验系统,实验表明7个宽带通道的多光谱图像获取系统,光谱重建精度满足颜色重现精度的要求:无论最大色差和平均色差都小于人眼可分辨容限,可以满足艺术画作图像颜色高保真重现的目的。

基于主成分分析的多光谱相机灵敏度优化

研究了基于主成分分析的多通道光谱图像获取硬件系统即多光谱相机的灵敏度优化问题。利用多维向量空间理论和主成分分析法,系统讨论了多光谱获取系统优化灵敏度的理论和方法。提出灵敏度优化向量的概念,将滤光片透过率优化和光源辐射谱优化两种方法统一起来。利用四种灵敏度优化向量进行了仿真试验,并给出了在主成分分析算法下的实验仿真结果。结论是:多光谱系统灵敏度优化向量的正交化设计是系统光谱图像获取的必要要求;窄带灵敏度中,交叠的灵敏度优化向量具有更好的光谱反射率信息获取能力;在有限数目的宽带滤色片中,挑选滤色片透过率向量可以得到较好的多光谱相机的灵敏度向量。

一个评价光谱估计精度的新参数

研究了对多光谱成像系统进行光谱估计的精度评价的问题。在给出光谱估计偏指数定义的基础上,提出了多光谱图像获取系统的光谱估计性能的评价的新方法——系统光谱匹配偏度指数法。该方法用一个指标来定量评价两光谱向量的光谱匹配程度,避免了以往评价参数的复杂性,同时反映了光谱反射率估计曲线实际测量曲线之间的差异程度。采用一典型多光谱相机对Macbeth色卡的24个典型光谱仿真估计所得的24个光谱对数值模拟,验证了光谱反射率估计匹配偏度指数能全面的反映光谱反射率的估计精度的设想;并拿17个多光谱估计系统的仿真估计的光谱数据,计算了它们的系统光谱估计偏度指数,计算结果有很好的一致性。结果还显示,系统光谱估计偏度指数还可用作对多光谱相机光谱估计性能进行等级划分的依据。

天然植物花卉的反射光谱在显示器中的颜色复制特征

基于sRGB颜色空间作为显示器的色彩显示的重要颜色空间,首次对天然植物花卉反射光谱在sRGB颜色空间的复制特征进行了研究。针对天然植物花卉颜色由CIE1931XYZ向sRGB颜色空间转换过程中在sRGB空间中的"剪切"现象,分析了九种典型光源下218种天然植物花卉的反射光谱在sRGB颜色空间的颜色复制误差。考虑到D65光源的特殊性,对D65下的复制做了重点研究。研究结果表明,天然植物花卉颜色由CIE1931颜色空间向sRGB颜色空间转换时,"剪切现象"是造成空间转换误差的主要原因,存在剪切现象时,如果颜色分量剪切程度较小,同样可以不会带来大的色差,仍可能得到较好的颜色复制效果;D65光源下,218个天然植物花卉光谱中有8个"橙黄色"光谱的颜色在sRGB颜色空间中存在"剪切现象",占总光谱数目的3.7%;D65下天然植物花卉颜色在sRGB中颜色复制效果最好,而在A光源下最差。

基于STK引擎的星载遥感器对地观测仿真软件设计

在自主开发的软件中嵌入STK,把STK作为卫星在轨仿真的计算引擎和三维可视化引擎,是一个可行的技术途径。首先,介绍了以STK为计算引擎的、包括C++/CSharp/HTML/Java/Matlab/Power Point/Vb.net等多种计算机语言为开发平台的卫星在轨可视化仿真系统的实现途径;在此基础上,给出了在VS2008下利用MFC开发的在轨卫星的可见性分析和姿态仿真的软件设计方法和仿真软件的运行结果。通过对基于STK二次开发的在轨卫星的可见性和姿态仿真软件的开发可以看出,在熟悉MFC程序框架、STK Connect接口指令系统和STK的专业仿真功能的基础上,在微软公司的VS2008平台下对STK进行二次开发可完成较为复杂的航空航天仿真任务。

一种面向应用主题的多源遥感卫星需求建模方法

面向海上台风监测、海上溢油监测和森林火灾监测等典型应用主题对多源遥感卫星协同观测的复杂任务要求,研究面向应用主题的多源遥感卫星需求建模方法,开展典型应用主题的多样化需求建模、多源卫星观测能力建模和多源卫星协同观测策略建模研究,并基于上述模型开展多源卫星协同观测策略建模研究,为多星协同任务规划提供优化目标和约束条件,并完成相关模型方法的软件实现。

多光谱彩色成像中高斯型滤色器的通道数确定

系统地探究了典型多光谱彩色成像系统的最优光谱通道数的确定问题。在前期多目标滤色片优化选取方法的基础上,将仅限于相同通道滤色器优化的概念拓展至不同通道数最优滤色器的优化,从而达到最优通道数确定的目的。基于Munsell光谱反射率数据集构建光谱反射率成像目标,通过真实CCD成像传感器的光谱灵敏度、D65光源的光谱功率分布以及高斯滤色器模型和最大线性独立滤色器选择算法,在10个噪声水平下实现了3~31个光谱通道,即29个虚拟多光谱相机对成像目标的光谱反射率重建的仿真计算。结果表明,通道数小于8时,5通道滤色器表现最优;和A光源相比,D65光源下的5通道最优滤色器的最大带宽达到80 nm,性能有显著的提升。

基于多光谱和sRGB空间的自然植物色的重现

多光谱成像技术在颜色科学方面的应用主要在于准确的记录和复制拍摄场景的颜色信息。针对目前基于光谱的颜色重现设备昂贵、复杂和实现起来困难的问题,提出了物体颜色从反射光谱空间向sRGB颜色空间变换的方案。在遵循sRGB标准的设备上重现了D65光源下的218种自然植物颜色,所显示的颜色与植物反射光谱实物对应的名称一致。对8个自然植物在9种不同光源下和在sRGB空间下的颜色进行了预测显示。所提出的方案对在网络环境下实现相同实物在不同照明环境下的场景显示提供了可行的途径。

基于多光谱成像的光谱反射率重建

一些对颜色重现要求较高的应用领域需要获取目标表面上各点的光谱反射率。大多数天然物质表面的光谱反射率曲线比较平滑,可视为几个基向量的线性组合。基于这一原理的多光谱成像技术可以准确快速地重建目标表面的光谱反射率。通过对NCS色卡进行主成分分析,得出了彩色印刷品光谱反射率的基向量。建立了一个多光谱成像系统,用以比较基向量个数不同对反射率重建效果的影响。

基于多目标优化的多光谱相机的宽带滤色片选取

基于多目标优化方法,针对几个常用于评价多光谱相机性能的参数峰值信噪比(PNSR)、拟合优度系数(GFC)、CIE色差评价系数(CIEDE2000)和均方误差(MSE),及其对应的最大值或最小值,按照最优排序集分的方法,得到了各评价参数均可以得到较好取值的最优滤色器。和前期研究相比,待选滤色片数量由45增加为1035,同时成像场景的反射率样本数量由24增加为1269。结果表明,待选滤色片数量和反射率向量空间增加后,最优滤色器的性能更好;同时描述最优滤色器的光谱透过率向量矩阵自身的三个参数即滤色器向量矩阵的条件数(Cond)、峰值均匀度指数(UF)和相邻滤色片交叠度指数(OLP)的数值也更加稳定。实验结果可为通过滤色器向量矩阵定量选取宽带多光谱滤色片提供参考。