一种平面式文物光谱图像获取方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于文物数字化保护技术领域，涉及一种文物光谱图像获取方法，具体涉 及一种平面式文物光谱图像获取方法。
【背景技术】
[0002] 文物数字化保护技术是当今国内外文物保护研宄机构关注的主流方向之一。光谱 图像获取技术作为数字影像与颜色科学领域的新兴技术，受到了国内外诸多科研机构的青 睐，光谱图像技术能够获得表征物体表面颜色的属性的客观真实信息，即物体表面可见光 光谱，从而对物体表面颜色表征信息进行真实的记录和表达，为物体颜色真实、客观、准确 传递提供保障。
[0003]当前获得物体表面光谱图像的方式主要有以下三种：第一类是窄带光谱图像获取 系统，利用如液晶可调谐滤光片（LCTF)或者滤光片轮与单色CCD数码相机组装而成，此种 方法可以获得光谱分辨率图像，但其滤光片透光率低（< 50% )，信息损失严重、获取周期 长，且对环境温湿度、光源稳定性要求较高；第二类为光谱相机，此种设备通过光栅或棱镜 或多类型内置滤光片与仪器后端光谱记录与处理部件组合，通过线阵式扫描方法采集物体 表面光谱图像，该方法虽然也能获得较高光谱分辨率的图像，但是其空间分辨率较低，且扫 描速度的设置不当会引起获得的光谱图像发生压缩或拉伸等物理畸变问题；第三类为宽带 光谱图像获取系统，采用宽带滤光片配合三通道高分辨率RGB数码相机，获得物体表面多 通道数字响应信息，然后通过光谱重建技术计算得到物体表面的光谱反射率信息，研宄已 经证明采用两个合适的宽带滤光片配合高分辨率RGB相机就能满足光谱重建要求，该方法 具有空间分辨率高、光谱重建精度高以及获取周期短等优点，具有较好的应用前景。
[0004] 文物不可再生，也不能永生，文物的保护是一项永不落幕的工程。我国历经几千年 的历史文明，已经积累大量的历史文物，如壁画、书法、古画艺术品等，这些文物不仅从内容 上映射了历史各个朝代的政治经济文化的发展历程，从形式上也折射出各个时期艺术创作 风格的迥异。然而这些承载着珍贵历史信息的宝贵载体却无时无刻不在遭受着自然和人为 因素的损害，出现各种各样的损伤和病害，其原有的艺术风格和表现内容遭到破坏，可以显 现的艺术和历史价值正不断的消减，传统的文物保护专家根据经验采取不同形式的物理和 化学保护方法对文物进行保护，以期尽量挽留这些富丽堂皇的珍贵历史文物，而事实证明， 这些方法虽然发挥了一定的积极作用，但受技术水平限制，具有不可逆性，存在着"破坏性" 保护的风险，近些年国内外文物破坏性修复的案例常有出现，给文物保护工作敲响了警钟。
[0005] 目前随着科学技术的不断进步，文物保护专家逐渐意识到人为干预式的保护方法 只能减缓文物病害损耗的进程，却不可能阻止文物逐渐消亡的脚步，而采用科学的数字化 保护方式可以克服先前方法的不足，利用多种多样参数数据和高保真数字影像将当前的历 史文物永远的定格和保存，因此，历史文物的数字化保护理论和方法已成为全世界各个国 家进行历史文物保护的研宄热潮。当前我国文保机构进行文物数字化保护的手段通常是使 用商业RGB数码相机记录文物色彩形貌信息，而这种记录文物颜色信息的方式是在特定设 备和特定照明环境下进行的，获得的文物颜色数据包含了设备和环境光照信息，存在同色 异谱问题，记录的颜色信息不准确，导致文物的颜色信息在传递过程中产生不同程度的失 真。针对上述问题，当前国内文物保护机构或博物馆皆尚未提出采用宽带光谱图像获取的 方式对平面式的文物进行数字化采集保护的方法。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是为了解决上述技术问题，提出一种平面式文物光谱图像获取方 法。
[0007] 本发明所采用的技术方案是：一种平面式文物光谱图像获取方法，其特征在于，包 括以下步骤：
[0008] 步骤1 :搭建六通道宽带光谱成像系统，六通道宽带光谱成像系统由高分辨率RGB 数码相机与两片宽带滤光片组成，其中要求数码相机存储图像的位深B多12bit，需对数码 相机镜头进行结构改造，在镜头前方加装滤光片卡槽，方便滤光片的取放；
[0009] 步骤2 :对六通道宽带光谱成像系统的暗电流水平进行标定，获得成像系统的暗 电流噪声DdaA;对六通道宽带光谱成像系统各通道的光电响应特性进行标定，建立数码相 机光通量与数字响应值之间的光电响应特性关系；
[0010] 步骤3 :针对需要进行光谱图像采集的平面式文物，选定需要获取光谱图像的区 域A，在区域A内选定M个颜色测量点，要求M个测量点能代表文物画面中所有颜色，且 20彡M彡30 ;
[0011] 步骤4 :利用六通道宽带光谱成像系统对区域A内的光照不均匀性进行标定，采用 均匀灰板以近距离平行不接触方式遮挡住区域A，利用数码相机拍摄记录均匀灰板数字响 应值矩阵D gray，完成对区域A光照不均匀性的标定，标定过程做暗电流噪声去除处理；
[0012] 步骤5:利用六通道宽带光谱成像系统对区域A进行数据采集，得到区域A的六通 道数字响应值D(A);
[0013] 步骤6 :利用步骤2中获得的成像系统的暗电流噪声DdaA，对步骤5中得到的区域 A的六通道数字响应值D(A)进行暗电流噪声校正，即用D(A)的两幅三通道数字图像分别直 接减去暗电流噪声D daA三通道数字图像；
[0014] 步骤7 :对暗电流噪声校正后的区域A的六通道数字响应值D(A)进行线性化校 正；
[0015] 步骤8 :利用步骤4中对区域A光照不均匀性的标定结果，对暗电流噪声校正后的 区域A的六通道数字响应值D(A)进行光照不均匀性校正；
[0016] 步骤9 :针对步骤3中在区域A内选定的M个颜色测量点，提取区域A内M个颜 色测量点的六通道数字响应值D (M)，利用非接触式光谱测量系统对M个测量点进行光谱测 量，获得M个测量点的光谱数据集P(M);
[0017] 步骤10 :针对步骤9中获得M个测量点的六通道数字响应值D(M)和光谱数据 集P (M)，采用伪逆或主成分分析光谱重建方法计算六通道数字响应值D (M)与光谱数据集 P (M)转换矩阵Q ;求出转换矩阵Q之后，进行光谱反射率的重建；
[0018] 步骤11 :结合光谱反射率值非负（>0)强制约束策略，利用转换矩阵Q对六通道数 字响应值D (A)进行光谱重建，获得区域A的光谱图像P (A)，完成平面式文物区域A光谱图 像的获取工作。
[0019] 作为优选，步骤2的具体实现过程是：暗电流水平标定在光谱图像获取环境下打 开光源的条件下进行，通过盖上数码相机镜头盖拍摄，获得成像系统的暗电流噪声仏^:各 通道光电响应特性通过标准白板、光谱辐射度计配合进行，利用数码相机拍摄获得白板在 从小到大连续变化曝光时间下的数字响应值，然后利用光谱辐射度计测量在对应时间下的 光通量，建立数码相机光通量与数字响应值之间的光电响应特性关系，标定过程做暗电流 噪声去除处理。
[0020] 作为优选，步骤7的具体实现包括以下子步骤：
[0021] 步骤7. 1 :利用步骤2中标定的数码相机光通量与数字响应值之间的光电响应特 性关系，建立数码相机在不同光通量条件下真实数字响应值与理想线性响应值之间的映 射关系，即建立数码相机各通道数字响应值的线性化校正查找表，分别记为R-LUT、G-LUT、 B-LUT ；
[0022] 步骤7. 2 :利用最小二乘拟合方法对R-LUT、G-LUT、B-LUT利用