CN102507458B - 室外高光谱图像采集系统中太阳光源的校正方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种室外高光谱图像采集系统中太阳光源的校正方法，包括：测量太阳光源下反射率为100％的漫反射标准板的辐射强度，移动平均平滑处理得到平滑辐射强度，计算平滑辐射强度减去辐射强度的值得到绝对误差，经标准化变换得到标准化误差；将标准化误差值大于3％时所处波长和绝对误差值作为误差校正基准波长和误差校正基准，采用人工照明装置在误差校正基准波长补充提供等同于误差校正基准值的辐射强度，完成对太阳光源的辐射校正。本发明步骤简单、使用方便，可快速地实现太阳光源的校正，具有良好的经济效益，可用于有效地获取室外太阳光源下作物的高光谱图像信息，实现室外、田间高光谱图像采集系统的优化。
Description
技术领域
本发明属于高光谱图像技术领域，具体涉及一种室外高光谱图像采集系统中太阳光源的校正方法。
背景技术
随着高光谱图像技术的发展，其在田间作物信息诊断方面的研究成为当今精细农业中的研究热点。基于高光谱图像技术的作物含水率、氮含量、叶绿素含量等成分的检测成为田间作物信息获取的有效渠道，但是田间高光谱图像采集系统中太阳光源受大气环境、太阳高度角和太阳方位角等因素的影响较大，直接导致太阳光源在某些波段处的强度被削弱，出现光源照度不均匀、无法提供全波段光谱辐射等情况，极大地影响了测量的准确度和有效性。而目前尚无针对此种情况的校正方法。
发明内容
本发明提供了一种室外高光谱图像采集系统中太阳光源的校正方法，可用于有效地获取室外太阳光源下作物的高光谱图像信息，实现室外、田间高光谱图像采集系统的优化。
一种室外高光谱图像采集系统中太阳光源的校正方法，包括以下步骤：
(1)测量太阳光源下反射率为100％的漫反射标准板的辐射强度；
(2)对步骤(1)得到的漫反射标准板的辐射强度进行移动平均平滑处理，得到平滑辐射强度，其中移动平滑平均的窗口大小为3、5、7、9、11、13或15；
(3)计算所述平滑辐射强度减去所述辐射强度得到的值，为平滑辐射强度与辐射强度之间的绝对误差；
(4)对所述绝对误差进行标准化变换得到标准化误差，所述标准化变换为将绝对误差除以辐射强度的最大值与最小值之差值；
(5)将所述标准化误差值大于3％时所处波长作为误差校正基准波长，将所述误差校正基准波长处的绝对误差值作为误差校正基准；
(6)采用人工照明装置在误差校正基准波长补充提供等同于误差校正基准值的辐射强度，完成对室外高光谱图像采集系统中太阳光源的辐射校正。
优选的技术方案中，所述移动平滑平均的窗口大小为9。
优选的技术方案中，步骤(5)中，将所述标准化误差值大于5％时所处波长作为误差校正基准波长，将所述误差校正基准波长处的绝对误差值作为误差校正基准。
本发明中，采用反射率为100％的漫反射标准板的辐射强度为基础，并采用移动平均平滑法来获得误差校正基准，然后基于误差校正基准实现太阳光源的辐射校正。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
①简单，本发明方法获取漫反射标准板的辐射强度作为校正的基础，随后采用移动平均平滑法处理，操作过程和数学计算算法简单。
②快速，本发明校正方法步骤少、操作简单，故能快速实现校正。
③低成本，本发明提出的校正方法采用漫反射标准板就可以实现太阳光辐射的定性定量分析，与专门的辐射计相比，价格便宜，成本低。
④具有良好的经济效益，本发明校正方法因步骤简单、使用方便，可以快速地实现室外高光谱图像采集系统中太阳光源的校正，故具有良好的经济效益。
附图说明
图1为太阳光源下所测得的漫反射标准板的辐射强度图。
图2为经移动平均平滑后的漫反射标准板的平滑辐射强度图。
图3为650-850nm范围的绝对误差值示意图。
图4为校正后漫反射标准板的辐射强度图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图来详细说明本发明，但本发明并不仅限于此。
一种室外高光谱图像采集系统中太阳光源的校正方法，包括以下步骤：
(1)采用高光谱图像仪测量太阳光源下反射率为100％的漫反射标准板的辐射强度r。其中，漫反射标准板(diffuse reflectance standards，DRS)来自美国的Labsphere公司。高光谱成像仪是芬兰生产的ImSpector V10光谱图像仪，可以获取样本在400-1000nm波段范围的高光谱图像。
上述太阳光源下所测得的漫反射标准板的辐射强度r，如图1所示。从图1中可以看出漫反射标准板的辐射强度在波长650-850nm范围有明显的波谷，由于漫反射标准板的反射率是100％，所以它的辐射强度直接反映了太阳光源的辐射特性，即太阳光源存在辐射强度不均匀的状况，这是由于太阳光源发射出来的光在到达漫反射标准板之前经过了复杂的大气环境，某些波段的光被大气层中物质吸收掉了，直接导致到达测量对象的辐射光不均匀。所以有必要对太阳光源进行校正。
(2)对太阳光源下所测得的漫反射标准板的辐射强度r进行移动平均平滑处理，得到平滑辐射强度rs，其中采用移动平滑平均的窗口大小为9。
移动平均平滑法是指采用一定大小的窗口对信号中的数据进行平均，来获得平滑数据的信号处理方法。具体如下，设原信号为X＝(x1，x2，…，xm)，移动平均平滑法后的信号为
设xi为原信号中的任一数据，则通过公式
即可实现对原信号X的N窗口移动平均平滑，其中N为移动平滑平均的窗口大小，采用正奇数。
经移动平均平滑处理后的漫反射标准板的辐射强度rs如图2所示。比较图1和图2，可以看出：在650-850nm范围，图1中有明显波谷，而图2中则变得非常平坦。
(3)计算平滑辐射强度rs减去辐射强度r得到的值，为平滑辐射强度与辐射强度之间的绝对误差e，即，e＝rs-r。在波长650-850nm范围的绝对误差e如图3所示。
(4)对绝对误差e进行标准化变换得到标准化误差e′；即，将绝对误差e除以辐射强度r中辐射强度的最大值rmax与最小值rmin之差值得到标准化误差e′，即，e′＝e/(rmax-rmin)；辐射强度的最大值rmax与最小值rmin为步骤(1)中所测得的漫反射标准板的辐射强度r中最大值和最小值。
(5)将标准化误差值e′大于3％时所处波长作为误差校正基准波长，将误差校正基准波长处的绝对误差值作为误差校正基准c；如表1中所示，标准化误差值e′大于3％时所处波长，分别位于460nm、470nm、480nm、510nm、660nm、690nm、770nm、780nm、850nm和860nm处，相应地误差校正基准c的值等于这些波长处的绝对误差值e。
(6)以误差校正基准为依据，采用人工照明装置在误差校正基准波长补充提供等同于误差校正基准值的辐射强度，完成对高光谱成像系统中太阳光源的辐射校正。校正后的漫反射标准板辐射强度rc＝c+r，如图4所示。比较图4与图1可以看出，图1中650-850nm波长范围明显的波谷，在图4中已经被校正。
表1
Claims (3)
1.一种室外高光谱图像采集系统中太阳光源的校正方法，其特征在于，包括：
(1)测量太阳光源下反射率为100％的漫反射标准板的辐射强度；
(2)对步骤(1)得到的漫反射标准板的辐射强度进行移动平均平滑处理，得到平滑辐射强度，其中移动平滑平均的窗口大小为3、5、7、9、11、13或15；
(3)计算所述平滑辐射强度减去所述辐射强度得到的值，为平滑辐射强度与辐射强度之间的绝对误差；
(4)对所述绝对误差进行标准化变换得到标准化误差，所述标准化变换为将绝对误差除以辐射强度的最大值与最小值之差值；
(5)将所述标准化误差值大于3％时所处波长作为误差校正基准波长，将所述误差校正基准波长处的绝对误差值作为误差校正基准；
(6)采用人工照明装置在误差校正基准波长补充提供等同于误差校正基准值的辐射强度，完成对室外高光谱图像采集系统中太阳光源的辐射校正。
2.如权利要求1所述的室外高光谱图像采集系统中太阳光源的校正方法，其特征在于，所述移动平滑平均的窗口大小为9。
3.如权利要求1所述的室外高光谱图像采集系统中太阳光源的校正方法，其特征在于，步骤(5)中，将所述标准化误差值大于5％时所处波长作为误差校正基准波长，将所述误差校正基准波长处的绝对误差值作为误差校正基准。
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Citations (3)
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|---|---|---|---|---|
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