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基于阴影和周边区域色差的光照条件和光谱反射率计算方法

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电子学报 2023年第8期51卷 2098-2109页

作者：王潇尧思远代朋纹王蕊操晓春中国科学院信息工程研究所信息安全国家重点实验室北京100093 之江实验室浙江杭州311100 中国科学院大学网络空间安全学院北京100049

光照条件和光谱反射率对增强现实和场景渲染任务非常有用,但是通过仪器采集比较困难,因此根据普通图像计算光照条件和光谱反射率是重要的计算机视觉任务.本文设计了一种通过分析场景中的阴影区域和周边区域颜色之间的色差,无需训练数据... 详细信息

光照条件和光谱反射率对增强现实和场景渲染任务非常有用,但是通过仪器采集比较困难,因此根据普通图像计算光照条件和光谱反射率是重要的计算机视觉任务.本文设计了一种通过分析场景中的阴影区域和周边区域颜色之间的色差,无需训练数据即可计算场景的光照条件和光谱反射率的算法.在自然场景中,阴影区域由于遮挡只能接收和反射天空光,而其周边的非阴影区域则同时受到太阳光和天空光的影响.当阴影和非阴影区域有着相同的光谱反射率时,两块区域颜色之间的色差反映了被遮挡光源的信息.两块区域之间的颜色差异由光照条件造成,又以光谱反射率为联系.因此,可以利用这两种颜色之间的关系计算光照条件和光谱反射率.本文使用先验知识和模型公式化表达某一区域在光照下呈现在图像中的颜色,然后基于两种颜色以及两者之间的色差设计了一种优化算法,通过计算最优解来计算场景的光照条件以及光谱反射率.通过在多个数据集上的一系列对比实验,以及一个使用光照条件和光谱反射率来去除阴影区域的应用实验,证明了该算法的准确性.

关键词：阴影区域非阴影区域色差光照条件光谱反射率

基于智能移动设备的低成本微型作物光谱反射率测量仪设计与实现

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江苏农业学报 2024年第3期40卷 469-477页

作者：吴金恺刘乃森曹静胡佳楠潘嫄嫄毕然郭靖宇王许淇霍丹琪张文宇江苏大学农业工程学院江苏镇江212013 江苏省农业科学院无锡分院江苏无锡214174 淮阴师范学院/区域现代农业与环境保护省部共建协同创新中心/江苏省环洪泽湖生态农业生物技术重点实验室/江苏省洪泽湖蓝藻预警与生态修复工程研究中心江苏淮安223300

为实现作物生长信息的低成本、实时、无损监测,本研究基于光谱分析技术,选择395 nm和800 nm 2个波段,根据光学系统原理和小型化需求,进行基于智能移动设备的低功耗微型作物光谱反射率测量仪研发,包括封装壳体、光学系统和硬件电路设计... 详细信息

为实现作物生长信息的低成本、实时、无损监测,本研究基于光谱分析技术,选择395 nm和800 nm 2个波段,根据光学系统原理和小型化需求,进行基于智能移动设备的低功耗微型作物光谱反射率测量仪研发,包括封装壳体、光学系统和硬件电路设计及控制系统App开发;并使用积分球和ASD Fieldspec 4 Hi-Res地物光谱仪对测量仪4个通道(395 nm和800 nm太阳光接收通道和作物反射光接收通道)的测量值进行标定,并以反射率为20%、40%、60%、100%的4块标准灰度板为测量对象检验测量仪的准确性。结果表明:4个通道标定方程的决定系数均在0.9980以上,395 nm和800 nm反射率的均方根误差分别为1.46%和1.07%,平均绝对误差分别为1.17%和0.82%;4块标准反射率灰度板在395 nm和800 nm 2个波段测得反射率的相对误差分别小于2.0%和3.6%,变异系数分别在1.36%~4.17%和0.78%~2.36%。该测量仪体积32 cm^(3),质量仅20 g,且具有低成本、高精度、易操作、可升级等特性,可实现基于智能移动设备的作物生长实时监测。

关键词：生长监测智能测量仪微型化智能手机光谱反射率

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基于光谱反射率的色纺纱计算机修色算法

纺织学报 2020年第9期41卷 39-44页

作者：程璐陈婷婷曹吉强王颖夏鑫新疆大学纺织与服装学院新疆乌鲁木齐830046 江西服装学院服装工程学院江西南昌330201

为提高色纺企业配色打样效率和配色效果,以Friele光学模型为基础,结合全光谱匹配配色算法,以某色纺企业的实际生产为例探讨色纺纱的计算机修色算法。首先随机确定21个混色标准样,分别从现有的80种单色棉纤维中选择2~4种计算拟合配比并打... 详细信息

为提高色纺企业配色打样效率和配色效果,以Friele光学模型为基础,结合全光谱匹配配色算法,以某色纺企业的实际生产为例探讨色纺纱的计算机修色算法。首先随机确定21个混色标准样,分别从现有的80种单色棉纤维中选择2~4种计算拟合配比并打样,测得21组样纱的实际色差均值为2.36。将拟合配比进行赋值循环以计算标准样与仿样的反射率偏差最小时的配比调整量,用以修正拟合配比,并再次打样验证。结果表明:拟合配比第1次修正后实际色差均值为1.215,其中最小色差为0.59;经第2次配比修正后,实际仿样与标准样的色差均值减小到0.67,且每组色差均小于1,即所设计的修色算法精确度较高,且适用于企业实际生产。

关键词：色纺纱光谱反射率计算机配色修色算法色差

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基于光谱反射率的低照度图像增强方法研究

光谱学与光谱分析 2024年第3期44卷 610-616页

作者：麻祥才曹前白春燕王晓红张大伟上海理工大学光电信息与计算机工程学院上海200093 上海出版印刷高等专科学校印刷包装工程系上海200093 上海理工大学出版印刷与艺术设计学院上海200093

低照度图像增强技术是机器视觉研究热点之一,Retinex理论模型假设图像是反射分量与光照分量乘积,通过去除或校正光照分量并结合物体的反射特性来恢复图像,被广泛应用在传统算法和深度学习增强模型中。光谱反射率是颜色的指纹,多光谱图... 详细信息

低照度图像增强技术是机器视觉研究热点之一,Retinex理论模型假设图像是反射分量与光照分量乘积,通过去除或校正光照分量并结合物体的反射特性来恢复图像,被广泛应用在传统算法和深度学习增强模型中。光谱反射率是颜色的指纹,多光谱图像比普通图像的信息量更为丰富。色度学理论和Retinex理论都认为图像的颜色特性取决于反射系数,但光谱反射率是基于仪器测量获得真实的数据,而图像反射分量是基于图像分解假设的数据,目前文献没有从光谱角度对低照度图像增强进行研究。受Retinex理论启发结合深度学习非线性拟合能力,用颜色的光谱反射率代替RetinexNet网络中的图像反射分量,用CIE标准光源的光谱功率分布代替网络中的图像照明分量,提出了一种基于光谱反射率的低照度图像增强方法。首先对图像数据库中正常光照图像进行光谱重建,构建低照度图像与正常光照的多光谱图像数据集。然后训练将低照度图像转换成多光谱图像的深度学习网络模型。任意低照度图像通过网络模型得到多光谱图像,多光谱图像根据色度学理论得到CIEXYZ三刺激值,再通过标准颜色空间转换到RGB颜色空间中显示。该方法在公开LOL数据集上进行训练与测试,结果表明在图像噪声抑制和颜色恢复方面都优于常用方法,证明该方法对低照度图像增强的优越性和有效性。

关键词：光谱反射率低照度图像增强 Retinex理论深度学习

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球面镜真空紫外光谱反射率的高精度测量

光谱学与光谱分析 2011年第1期31卷 277-281页

作者：李博王淑荣黄煜中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033 中国科学院研生院北京100049

为了实现对球面镜真空紫外光谱反射率的直接测量,构建了一套真空紫外光谱反射率测试系统。该系统以氟化镁窗口氘灯与Seya-Namioka凹面光栅单色仪产生单色光源,反射式调制器与参考探测器做光学补偿,内径80mm的荧光积分球与精密转台作为... 详细信息

为了实现对球面镜真空紫外光谱反射率的直接测量,构建了一套真空紫外光谱反射率测试系统。该系统以氟化镁窗口氘灯与Seya-Namioka凹面光栅单色仪产生单色光源,反射式调制器与参考探测器做光学补偿,内径80mm的荧光积分球与精密转台作为接收系统。光学补偿消除单色光源不稳定性,荧光积分球消除了两次测量光斑不同对探测器响应的影响,且减少了系统的能量损失。利用该系统测量了115～180nm球面镜的反射率,测试结果表明测量重复性优于±0.3%;按国际通用不确定度评估规范,对系统进行不确定度分析,相关不确定度小于1.3%。实现了球面镜反射率的高精度测量。

关键词：真空紫外球面镜光谱反射率测量

光谱反射率与鲜烟叶成熟度及烤后烟叶质量的关系

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江西农业学报 2018年第3期30卷 83-87页

作者：何孝兵杨少峰胡丽涛王少飞周显波张梦旭孟相开张重义重庆中烟工业有限责任公司重庆400000 福建农林大学烟草研究所福建福州350002 重庆市烟草公司丰都分公司重庆408200

为探索快速判定鲜烟叶成熟度的定量标准,以烤烟品种云烟97为试验材料,采用USB4000光谱仪测定了各部位不同成熟度鲜烟叶的光谱反射率,建立了鲜烟叶成熟度定量判定标准,并研究了光谱反射率与鲜烟叶成熟度、烤后烟叶质量的关系。结果表明:... 详细信息

为探索快速判定鲜烟叶成熟度的定量标准,以烤烟品种云烟97为试验材料,采用USB4000光谱仪测定了各部位不同成熟度鲜烟叶的光谱反射率,建立了鲜烟叶成熟度定量判定标准,并研究了光谱反射率与鲜烟叶成熟度、烤后烟叶质量的关系。结果表明:光谱反射率与鲜烟叶成熟度之间具有显著正相关性,光谱反射率能够较灵敏地区分叶片10%梯度黄绿色面积差异。结合烤后烟叶各项质量指标,下、中、上3个部位烟叶适宜成熟度对应的鲜烟叶光谱反射率分别为33.50~45.00、59.21~71.21、61.65~76.71。因此,光谱反射率可以作为大田烟叶成熟度的判定指标。

关键词：烤烟采收成熟度光谱反射率烟叶品质

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基于相机RGB值的光谱反射率重建方法研究

兵器装备工程学报 2024年第2期45卷 284-290页

作者：张飞刘珩杨洁渠立永吕琪黄伟李浩 61606部队北京100093 陆军工程大学南京210007

光谱反射率重建技术可实现背景颜色数据准确校正和复制还原,以此为基础可设计实施高融合迷彩,为机动装备在不同背景环境下提供有效防护屏障,具有重要价值。参照光谱成像技术特点,根据颜色形成原理和三刺激值定量计算公式,通过控制单一... 详细信息

光谱反射率重建技术可实现背景颜色数据准确校正和复制还原,以此为基础可设计实施高融合迷彩,为机动装备在不同背景环境下提供有效防护屏障,具有重要价值。参照光谱成像技术特点,根据颜色形成原理和三刺激值定量计算公式,通过控制单一变量法设计实验方案,提出加权平均光谱反射率重建方法(TWA),利用相机和光谱仪分别获取训练样本的成像系统响应值(RGB)和光谱反射率数据,对所提取的样本RGB值和光谱反射率数据分别采用传统最小二乘法(OLS)、正则化最小二乘法(RLS)、偏最小二乘法(PLS)、主成分分析法(PCA)和本文中提出的加权平均法(TWA)进行光谱反射率重建训练,获得光谱重建矩阵,最后利用光谱重建矩阵对测试样本响应值进行光谱反射率重建,并对实验结果进行分析,对比不同方法的光谱反射率重建效果。研究结果表明,加权平均法在光谱均方根误差SRMSE、平均拟合优度系数GFC、平均色差等指标上效果更优,重建所得光谱反射率精度更高,颜色校正效果更佳。

关键词：光谱反射率加权平均法重建矩阵光谱曲线颜色校正

不同微肥处理下油菜产量与高光谱反射率关系分析

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光谱学与光谱分析 2021年第2期41卷 552-557页

作者：常涛谢鑫官梅张秋平张振乾官春云湖南农业大学农学院/中国南方粮油作物协同创新中心湖南长沙410128

油菜是我国第一大国产植物油来源,大田生产中需要施加适量的微肥以提高产量和品质。筛选出一种可提高油菜产量的微肥配方需要经过复杂的大田统计和产量测定,因此构建出能快速筛选微肥的模型十分重要。以高油酸油菜“帆鸣1号”为试验材料... 详细信息

油菜是我国第一大国产植物油来源,大田生产中需要施加适量的微肥以提高产量和品质。筛选出一种可提高油菜产量的微肥配方需要经过复杂的大田统计和产量测定,因此构建出能快速筛选微肥的模型十分重要。以高油酸油菜“帆鸣1号”为试验材料,使用地物波谱仪测定了不同微肥条件下全生育期的光谱反射率,并用乙醇提取法准确测定叶绿素含量。将光谱反射率、叶绿素含量和最终产量性状两两间进行相关性分析。产量测定表明,施加微肥可以提高油菜产量和蕾薹期时叶绿素的含量,使单株产量最高提高2%。光谱参数与叶绿素相关性分析表明,蕾薹期时叶绿素含量与光谱参数550和720 nm相关性较高,表明蕾薹期光谱参数可用于预测产量进而筛选出能提高油菜产量的微肥。叶绿素含量和产量相关性分析表明,蕾薹期时,叶绿素含量与产量相关性较高。光谱参数与产量相关分析表明,550和720 nm的光谱反射率与产量之间均呈显著负相关性。光谱参数与产量相关分析表明,550和720 nm的反射率与产量之间均呈显著负相关性。综合分析施肥量、光谱参数、产量和叶绿素变化可知,蕾薹时光谱参数550和720 nm与产量相关系数模拟的线性方程可用于微肥的筛选,线性方程分别为y=-32.362x+33.097,y=4.0695x+35.386,y=28.849x+23.735,y=-19.023x+31.005,y=12.447x+24.586,R 2均大于0.6。综合分析施肥量、光谱参数、产量和叶绿素变化,油菜生长至蕾薹期时光谱参数550和720 nm与产量相关系数模拟的线性方程R^2≥0.6时的微肥配比可以使产量提升。本研究结果表明,蕾薹期光谱参数可用于预测产量进而筛选出能提高油菜产量的微肥,可增加样本量进一步检测相关性并开展后续验证。鉴于地物波谱检测技术具有过程高效,不使用化学试剂,无需对样本进行破坏性取样,成本低,该模型的建立对开展大规模高油酸油菜微肥配方的快速筛选具有重要意义,为筛选油菜微肥和促进油菜产量研究提供了理论基础。

关键词：微肥油菜光谱反射率叶绿素含量产量

Quantifying biochemical variables of corn by hyperspectral reflectance at leaf scale

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Journal of Zhejiang University-Science B(Biomedicine & Biotechnology) 2008年第5期9卷 378-384页

作者： Qiu-xiang YI Jing-feng HUANG Fu-min WANG Xiu-zhen WANG Institute of Remote Sensing and lnformation Technology Zhejiang University Hangzhou 310029 China Institute of Zhejiang Meteorology Hangzhou 310004 China

To further develop the methods to remotely sense the biochemical content of plant canopies,we report the results of an experiment to estimate the concentrations of three biochemical variables of corn,i.e.,nitrogen(N),crude fat(EE) and crude fiber(CF) concentrations,by spectral reflectance and the first derivative reflectance at fresh leaf scale. The correlations between spectral reflectance and the first derivative transformation and three biochemical variables were analyzed,and a set of estimation models were established using curve-fitting analyses. Coefficient of determination(R2),root mean square error(RMSE) and relative error of prediction(REP) of estimation models were calculated for the model quality evaluations,and the possible opti-mum estimation models of three biochemical variables were proposed,with R2 being 0.891,0.698 and 0.480 for the estimation models of N,EE and CF concentrations,respectively. The results also indicate that using the first derivative reflectance was better than using raw spectral reflectance for all three biochemical variables estimation,and that the first derivative reflectances at 759 nm,1954 nm and 2370 nm were most suitable to develop the estimation models of N,EE and CF concentrations,respectively. In addition,the high correlation coefficients of the theoretical and the measured biochemical parameters were obtained,especially for nitrogen(r=0.948).

关键词：玉米生物化学变量光谱反射率叶片