本发明涉及多光谱成像技术，尤其涉及一种多光谱成像系统的空间一致性校正方法，可以在大幅降低系统空间一致性色差的情况下，使反射率重建色差均值也有所降低。
背景技术：
当同一束可见光照射到不同颜色物体之上时，物体对不同波段可见光的反射程度不同，使得人眼视网膜受到的刺激存在差异，从而形成人眼对不同颜色的主观感受。因此，物体颜色测量的本质即测量物体的光谱反射率。
多光谱成像系统是一种可以测量物体颜色和反射率的设备，其工作原理为将均匀的光照照射到载物台的物体上，通过分光器件过滤不同波段的可见光，并通过相机采集物体反射光中不同波段的响应值，进而将采集到的响应值通过反射率重建得到物体光谱反射率。本发明中提及的响应值，即为多光谱成像系统中直接测量得到的未经反射率重建的数据。
然而由于照射到物体上的光照可能不均匀，并且色轮的滤光片和相机的镜头的中心和周围的透光率不完全相同，所以同样的颜色的样品放在载物台不同位置时，测量出的颜色可能有所不同。
因此多光谱成像系统需要进行空间一致性校正，使得经过校正之后同样的颜色在不同位置测量得到的颜色的色差尽可能地小。
一种常见的空间一致性校正的方法为基于插值虚拟白板的空间一致性校正方法，方法过程如下：取N个不同灰度的灰度纸，对于每一个灰度纸，将其放置在系统载物台有限的M个位置拍摄得到的有限个响应值，根据有限个响应值使用插值方法得到一块虚拟白板，根据灰度值的不同可以生成N块虚拟白板，并将N块虚拟均值拉升到1。对于多光谱成像系统拍摄得到的响应值，找到其响应值距离最近的一块虚拟白板，并根据除以该白板拉升到1后对应位置的值得到经过校正的响应值，由此完成基于插值虚拟白板的系统空间一致性校正。虽然这种方法可以在一定程度上提高系统的空间一致性，但是经过使用方法对多光谱成像系统进行校正后，系统空间一致性提升仍然有限，并且该方法在一起程度上会影响反射率重建色差，并不能保证反射率重建色差减小。
技术实现要素：
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种多光谱成像系统的空间一致性校正方法，该方法可以使系统的空间一致性色差大大减小，同时使得反射率重建色差均值也有所减小。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种多光谱成像系统的空间一致性校正方法，该方法包含以下步骤：
(1)用多光谱成像系统拍摄用于反射率重建的色块的响应值R1，同时根据反射率重建的逆过程从这些色块的标准反射率反推出能够使反射率重建误差最小的响应值S1，S1即为R1的回归目标值；
(2)选择N个不同灰度的灰度纸，将每个灰度纸依次放置到多光谱成像系统载物台的M个不同位置，分别测量该灰度纸在M个不同位置的响应值R2，任选一个位置的响应值作为R2的回归目标值，记为S2；
(3)建立回归模型：对多光谱成像系统的每个通道单独进行多项式回归，回归模型为：
s＝f(r,x,y)＝a0+a1r+a2x+a3y+a4x2+a5y2+a6xy+…+akxmyn (1)
其中m和n为自然数，ak为xmyn项前的参数，r为某通道的响应值，x,y为灰度纸或色块的位置，s为灰度纸或色块的回归目标值，根据步骤(1)和步骤(2)准备好的R1,S1和R2,S2数据对回归模型进行训练，计算出回归模型中的各个参数ai；
(4)对于任意样本，根据其自身响应值r和其位置坐标x,y，根据步骤(3)建立的回归模型计算出其回归值s，从而实现空间一致性校正。
进一步地，所述步骤(2)所用的N个不同灰度的灰度纸可以用N个不同颜色的色块来替代。
进一步地，所述步骤(3)中，回归模型为：
s＝f(r,x,y)＝a0+a1r+a2x+a3y+a4x2+a5y2+a6xy (2)
进一步地，所述色块形状为矩形或圆形，通过测量色块区域的光谱反射率均值代表色块的光谱反射率。
进一步地，所述回归模型中的回归自变量r,x,y均需要归一化到0-1之间。
本发明的有益效果是：普通的空间一致性校正方法虽然可以在一定程度上减小多光谱成像系统的空间一致性色差，但是会影响系统的反射率重建色差，并不能保证反射率重建色差减小。本发明方法创新地将用于反射率重建的色块引入空间校正，使用足够复杂的多项式回归模型，不仅将灰度纸在不同位置的不同响应值校正到同一响应值，并且将用于反射率重建的色块根据位置信息校正到可以使反射率重建色差更小的响应值。达到了同时减小多光谱成像系统空间一致性色差和反射率重建色差的效果。
附图说明
图1为本发明所述多光谱成像系统中反射率重建所用颜色；
图2为本发明用于放置色块的带有M个凹槽的平板示意图，该图中M＝9；
图3为用本发明方法进行校正后，校正模型中关于位置x,y的校正值随x,y变化的曲面图，其中曲面周围的每个点为每条训练数据在不同位置时的校正值。
具体实施方式
下面结合附图对本发明具体实施方式做进一步说明。
本发明提供的一种多光谱成像系统的空间一致性校正方法，包含以下步骤：
(1)用多光谱成像系统拍摄如图1所示用于反射率重建的色块的响应值R1，同时根据反射率重建的逆过程从这些色块的标准反射率反推出能够使反射率重建误差最小的响应值S1，S1即为R1的回归目标值；
(2)选择N个不同灰度的灰度纸，将每个灰度纸依次放置到如图2所示的多光谱成像系统载物台的M个不同位置，M个位置分布均匀且尽量最广，分别测量该灰度纸在M个不同位置的响应值R2，任选一个位置的响应值作为R2的回归目标值，记为S2；
(3)建立回归模型：对多光谱成像系统的每个通道单独进行多项式回归，回归模型为：
s＝f(r,x,y)＝a0+a1r+a2x+a3y+a4x2+a5y2+a6xy+…+akxmyn (1)
其中m和n为自然数，ak为xmyn项前的参数，r为某通道的响应值，x,y为灰度纸或色块的位置，s为灰度纸或色块的回归目标值，根据步骤(1)和步骤(2)准备好的R1,S1和R2,S2数据对回归模型进行训练，计算出回归模型中的各个参数ai；
(4)对于任意样本，根据其自身响应值r和其位置坐标x,y，根据步骤(3)建立的回归模型计算出其回归值s，从而实现空间一致性校正。
进一步地，所述步骤(2)所用的N个不同灰度的灰度纸可以用N个不同颜色的色块来替代。
进一步地，所述步骤(3)中，回归模型可以简化为如下形式：
s＝f(r,x,y)＝a0+a1r+a2x+a3y+a4x2+a5y2+a6xy (2)
进一步地，所述色块形状为矩形或圆形，通过测量色块区域的光谱反射率均值代表色块的光谱反射率。
进一步地，所述回归模型中的回归自变量r,x,y均需要归一化到0-1之间。
实施例1
图3为利用本发明方法对多光谱成像系统进行空间一致性后，校正模型(1)中关于位置x,y的校正值随x,y变化的曲面图，其中曲面周围的每个点为每条训练数据在不同位置时的校正值。
表1为利用本发明提出的空间一致性校正方法与基于插值虚拟白板的空间一致性校正方法的校正结果对比表。可以发现，本发明提出的空间一致性校正方法无论在空间一致性色差结果还是在反射率重建色差结果上都明显优于基于插值虚拟白板的空间一致性校正方法。
表1
以上仅为本发明具体实施方式，不能以此来限定本发明的范围，本技术领域内的一般技术人员根据本创作所作的均等变化，以及本领域内技术人员熟知的改变，都应仍属本发明涵盖的范围。