一种快照-马赛克式多光谱成像型作物生长传感装置串扰信息去除方法

本发明涉及智慧农业领域，特别涉及一种快照-马赛克式多光谱成像型作物生长传感装置串扰信息去除方法。

背景技术：

1、作物生长信息的快速、无损及高效感知对于作物生长智慧管理至关重要。传统的作物生长多光谱成像传感装置多以多组窄带干涉滤光片和多组成像镜头以及多个探测器组成，例如：法国的airphen、美国的rededge以及瑞士的parrot sequoia等多光谱相机，该类传感器光机结构复杂，图谱配准难度高，且图谱信息处理要求较大，限制了该类仪器的推广应用。

2、马赛克滤光片将不同波段镀制在同一个马赛克模板上，具有高集成度的技术优势，降低了光机结构的复杂程度，通过单个成像物镜即可获取多个谱段的作物图谱信息，为多光谱成像型作物生长传感装置的轻量化提供了新方案。但是，为了保护图像传感器表面的完整性，减小对图像传感器本身的损坏以延长寿命，马赛克滤光片与探测器进行设计与集成时，两者间通常有一定的间距，即使安装间距再小，也会造成部分波段信息进入到相邻或者其他波段区域的像元内，致使传感器各波段之间出现信息串扰现象，从而会严重影响所获取的作物图谱信息的准确性，致使监测精度下降。目前还未找到一种通用型、简单化及高效率的光谱串扰信息校正方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服上述背景技术中存在的不足，提供一种快照-马赛克式多光谱成像型作物生长传感装置串扰信息去除方法，能够准确、高效的去除光谱波段间的信息串扰问题。

2、为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：s1快照-马赛克式多光谱成像型作物生长传感装置获取不同波段的均匀光源图像；s2根据马赛克滤光片的波段设置，提取随着光谱仪波段步进分光后各波段所对应像素位置的灰度值平均值，并对各对应位置灰度值进行高斯拟合；s3对原始数据与高斯拟合后的数据进行最小二乘拟合，输出校正系数矩阵；s4使用校正系数矩阵消除原始光谱图像波段间的数据串扰。本发明有效解决了因马赛克滤光片与探测器安装间距造成的光谱信息串扰问题，具有通用型、简单化等特点。

3、进一步的，所述s1包括：

4、s11将快照-马赛克式多光谱成像型作物生长传感装置置于可调单色光源系统的积分球出光端；

5、s12将计算机连接快照-马赛克式多光谱成像型作物生长传感装置及可调单色光源系统，将快照-马赛克式多光谱成像型作物生长传感装置的曝光时间和增益值调整为100ms和6db，按照马赛克滤光片的波段来调节可调单色光源系统的对应波段，寻找马赛克滤光片中灰度值最高的波段，之后在灰度值最高的波段条件下，将快照-马赛克式多光谱成像型作物生长传感装置的灰度值调整为880-920，并将此时的曝光时间和增益值作为基准值；

6、s13利用计算机调节可调单色光源系统波段，首先将可调单色光源系统的最小波段值设置为小于马赛克滤光片的最小波段值，最大波段值设置为大于马赛克滤光片最大波段值，进而使得可调单色光源系统光谱仪波段能全面覆盖快照-马赛克式多光谱成像型作物生长传感装置设置的光谱范围，并在光谱仪的最小波段和最大波段之间以2nm间隔步进调节光谱仪波段；

7、s14通过计算机控制快照-马赛克式多光谱成像型作物生长传感装置，获取随着可调单色光源系统光谱仪波段的步进分光后传输到可调单色光源积分球内部的每个光谱波段的均匀光源图像。

8、进一步的，所述s2包括：

9、s21以马赛克滤光片中的波段设置为基础，提取由可调单色光源系统光谱仪步进分光后快照-马赛克式多光谱成像型作物生长传感装置获取的各波段的光谱图像，并按照马赛克滤光片上的各波段位置，提取对应像素位置的灰度值平均值；

10、s22依据马赛克滤光片上各波段对应像素区域提取的每个步进波段的灰度值平均值，绘制灰度值响应图，并将各波段对应像素区域的灰度值平均值原始矩阵数据记为原始矩阵a。

11、s23对马赛克滤光片上的各波段对应像素位置在步进调节可调单色光源系统的过程中所构建的波段和灰度值平均值进行高斯拟合，并将马赛克滤光片上的各波段高斯曲线数据记为目标矩阵b。

12、进一步的，所述s3包括：将步骤s22中的原始矩阵a与步骤s23中的目标矩阵b进行最小二乘拟合，求解校正系数矩阵x，具体计算公式如下：ax＝b。

13、进一步的，所述s4中，所述输入的原始光谱图像的串扰信息可通过校正系数矩阵x进行去除，计算公式如下：

14、

15、其中，pi表示第i个波段校正后反射率值矩阵，xji表示校正系数矩阵表中第j行第i列位置的校正系数，oj表示第j个波段原始反射率值矩阵，n表示波段的个数。

16、本发明的有益效果是：通过快照-马赛克式多光谱成像型作物生长传感装置获取了不同波段下的均匀光源图像，克服了光照变化对不同波段图像灰度值平均值的均匀性影响；以马赛克滤光片上各波段像素区域提取的每个步进波段的灰度值平均值作为原始矩阵，以对原始矩阵高斯拟合后的高斯曲线数据矩阵作为目标矩阵，通过最小二乘法构建了原始矩阵和目标矩阵间的关系式，并获取了串扰校正系数矩阵，最后利用串扰校正系数对各波段的原始光谱信息进行校正，进而消除不同波段光谱信息间的串扰，解决了不同波段数据间因马赛克滤光片与探测器集成时存在间隙造成的数据串扰问题。

17、本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

技术特征：

1.一种快照-马赛克式多光谱成像型作物生长传感装置串扰信息去除方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种快照-马赛克式多光谱成像型作物生长传感装置串扰信息去除方法，其特征在于，所述s1包括：

3.根据权利要求1所述的一种快照-马赛克式多光谱成像型作物生长传感装置串扰信息去除方法，其特征在于，所述s2包括：

4.根据权利要求3所述的一种快照-马赛克式多光谱成像型作物生长传感装置串扰信息去除方法，其特征在于，所述s3包括：将步骤s22中的原始矩阵a与步骤s23中的目标矩阵b进行最小二乘拟合，求解校正系数矩阵x，具体计算公式如下：ax＝b。

5.根据权利要求1所述的一种快照-马赛克式多光谱成像型作物生长传感装置串扰信息去除方法，其特征在于，所述s4中，输入的原始光谱图像的串扰信息通过校正系数矩阵x进行去除，计算公式如下：

技术总结
本发明公开了一种快照‑马赛克式多光谱成像型作物生长传感装置串扰信息去除方法，包括以下步骤：S1快照‑马赛克式多光谱成像型作物生长传感装置获取不同波段的均匀光源图像；S2根据马赛克滤光片的波段设置，提取随着光谱仪波段步进分光后各波段所对应像素位置的灰度值平均值，并对各对应位置灰度值进行高斯拟合；S3对原始数据与高斯拟合后的数据进行最小二乘拟合，输出校正系数矩阵；S4使用校正系数矩阵消除原始光谱图像波段间的数据串扰。本发明有效解决了因马赛克滤光片与探测器安装间距造成的光谱信息串扰问题，具有通用型、简单化等特点。

技术研发人员：朱艳,王永贤,张小虎,曹卫星,姚霞,张羽,郑恒彪
受保护的技术使用者：南京农业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16