基于图像与光谱信息的融合装置、方法及应用与流程

1.本发明属于图像和光谱采集技术领域，具体涉及基于图像与光谱信息的融合装置、方法及应用。


背景技术：

2.文物与艺术品是一个广阔深邃的行业，作为古代遗存与现代完成的文化物质，它们是人类文明和历史的缩影。中国作为一个拥有悠久历史的国家，截止至2018年，我国已出土77万处不可移动文物与艺术品和超过一亿零八百一十五万件国有可移动文物与艺术品。庞大的文物与艺术品数量对于文物与艺术品的信息存档带来了巨大的挑战。
3.目前市面上的文物与艺术品领域存在文物与艺术品基数大、文物与艺术品管理与保护行业发展不规范、文物与艺术品造假现象严重、文物与艺术品信息存档内容单一等问题。


技术实现要素：

4.针对上述问题，我们设计一种能够灵活、快速、高精度地提取文物与艺术品光学身份信息的综合应用系统，为文物与艺术品增加与之匹配的光学身份信息，具体涉及基于图像与光谱信息的融合装置、方法，利用高像素、高分辨率的相机对文物与艺术品采集图像信息，同时获取对应图像的高分辨率光谱信息。由于不同文物与艺术品的宏观形状与微观痕迹均不同，因此在对应的光谱信息中所呈现出的光谱数据与光谱特性均不相同，能够达到文物与艺术品与图像光谱信息一一对应的标准，从而为每件文物与艺术品生成一个独一无二的光学身份信息以作识别。
5.本发明的目的在于提供：
6.基于图像与光谱信息的融合装置，包括：
7.图像系统，所述图像系统用于采集拍摄物的图像信息；
8.以及光谱系统，所述光谱系统用于采集拍摄物的光谱信息；
9.所述图像系统与所述光谱系统均连接分光装置，所述分光装置将获取的拍摄物的光源信息分别送至所述图像系统以及光谱系统；
10.将所述光谱信息融合进所述图像信息内，形成所述拍摄物的最终的光谱融合图像。
11.在本发明的一个优选实施例中，所述融合处理采用像素信息表征的方式进行。
12.在本发明的一个优选实施例中，所述像素信息表征的方式具体包括：
13.将光谱信息进行“归一化”处理，通过像素信息灰度值定量表征光谱信息的数值；然后图像上增加空白像素信息，通过给像素信息赋值的方式，将光谱数据融合进图像内。
14.光谱信息归一化后，形成0-255的数据，将其映射在颜色空间rgb的三个通道上，即可形成为以确定的像素信息，此像素信息的rgb像素值即就是归一化后的光谱值，从而实现二者的融合。归一化后，仍将以图像的格式对外输出，不同的是此时图像已新增了包含光谱
信息的像素信息，但由于图像自身的分辨率较高，因此新增的像素信息并不会影像图像的内容和观感。
15.在本发明的一个优选实施例中，所述最终的光谱融合图像为所述拍摄物的唯一光谱指纹。
16.在本发明的一个优选实施例中，建立数据库，用于存储所述拍摄物的对应的光谱信息或/和图像信息。
17.基于图像与光谱信息的融合方法，包括以下步骤：
18.当拍摄物的光线进入装置后，首先经过分光装置将光线分为两路光：
19.第一路光线经由分光装置分光后，接收由镜头摄入的光路信号，光线直接射入ccd/cmos感光元件上为相机成像，从而提供所拍摄物的高清图像信息；
20.第二路光线经由分光装置分光后，按照设计光路，经过光纤进行信号传输，最终光信号由高分辨率光谱仪设备获取，产生所述拍摄物的光谱数据信息；
21.在获得了图像信息和光谱信息后，对两类信息进行数据融合处理，形成所述拍摄物的最终的光谱融合图像。
22.在本发明的一个优选实施例中，还包括从所述拍摄物的最终的光谱融合图像，进行逆处理，单独读取光谱信息或进行图像信息与光谱信息的分离。
23.基于图像与光谱信息的融合装置的应用，应用于拍摄文物或艺术品。
24.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
25.本发明着眼于文物与艺术品整体特性，提出利用高像素、高分辨率的相机对文物与艺术品采集图像信息，同时获取对应图像的高分辨率光谱信息。由于不同文物与艺术品的宏观形状与微观痕迹不同，因此在对应的光谱信息中所呈现出的光谱数据与光谱特性均不相同，能够达到文物与艺术品与图像光谱信息一一对应的标准，从而为每件文物与艺术品生成一个独一无二的光学身份信息以作识别。
附图说明
26.图1为本公开实施例提供的原理框图；
27.图2为本公开实施例提供的装置的工作流程图；
28.图3为本公开实施例提供的包含光谱数据的图像处理示意图；
29.图4为本公开实施例提供的包含光谱数据的图像逆向处理示意图。
具体实施方式
30.下面结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本发明的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本发明的保护范围之内。
31.基于图像与光谱信息的融合装置，包括：图像系统，所述图像系统用于采集拍摄物的图像信息；以及光谱系统，所述光谱系统用于采集拍摄物的光谱信息；所述图像系统与所述光谱系统均连接分光装置，所述分光装置将获取的拍摄物的光源信息分别送至所述图像系统以及光谱系统；将所述光谱信息融合进所述图像信息内，形成所述拍摄物的最终的光谱融合图像。
32.本发明专利将图像设备与光谱设备进行集成化设计，使该发明能够同时获取文物与艺术品的高精度图像信息与高分辨率光谱信息。
33.实施例1：
34.如图1所示，基于图像与光谱信息的融合装置，包括：图像系统，所述图像系统用于采集拍摄物的图像信息；以及光谱系统，所述光谱系统用于采集拍摄物的光谱信息；
35.该系统由两个子系统构成，分别是图像系统和光谱系统。图像系统采用高精度专业相机作为搭载平台，负责采集文物与艺术品的高清图像信息；光谱系统采用一个或多个高分辨率光谱仪，负责采集文物与艺术品的高分辨率光谱信息。
36.利用本发明专利设计的图像与光谱系统集成方案对两个子系统进行整合，使其同时具备相机和光谱仪的功能，即实现在拍照的同时同步获得照片对应的光谱信息。
37.具体采用上述方案：1.对光谱信息归一化处理；2.使归一化后的光谱数据分布在0-255的数据集合内；3.将归一化后的数据映射在颜色空间rgb的三个通道上，转换为像素信息灰度值；4.将像素信息的灰度值以赋值的形式加入图像图层中；5.此时光谱图像进行融合，以图像为载体，形成包含光谱数据的图像图谱信息。
38.如图2所示，高分辨率图像+多维度光谱信息获取系统集成化工作流程：
39.在光学镜头与反光镜之间加装分光器件，当外部光线进入相机镜头后，首先经过分光镜将光线分为两路光：
40.第一路光线经由分光器件分光后，光线由镜头射入ccd/cmos感光元件上，并提供所拍摄文物与艺术品的高清图像信息。
41.第二路光线经由分光器件分光后，首先通过准直透镜实现准直效果，再经过光纤进行信号传输，最终光信号由高分辨率光谱仪设备获取，利用光谱仪分析产生所拍摄文物与艺术品的光谱数据信息。
42.如图3所示，在获得了图像信息和光谱信息后，对两类信息进行数据融合处理，形成所拍摄文物与艺术品的光学身份信息并与其一一对应。
43.光谱信息与图像信息的融合处理采用像素信息表征的方式进行。通过将光谱数据进行“归一化”处理，使其数值分布在0-255的灰度值区间内，即通过像素信息灰度值定量表征光谱数值。
44.然后图像上增加空白像素信息，通过给像素信息赋值的方式，将光谱数据融合进图像内，形成最终的图像光谱融合图像。
45.其中像素信息表征的方式具体包括：将光谱信息进行“归一化”处理，通过像素信息灰度值定量表征光谱信息的数值；然后在图像信息的图层部分增加像素信息，通过给像素信息赋值的方式将光谱数据融合进图像内。
46.此处新增像素信息是指在图像部分为图像新增图层以保存光谱信息，新增的光谱信息本身不对图像信息做任何更改。
47.光谱信息归一化后，形成0-255的数据，将其映射在颜色空间rgb的三个通道上，即可形成为以确定的像素信息，此像素信息的rgb像素值即就是归一化后的光谱值，从而实现二者的融合。归一化后，仍将以图像的格式对外输出，不同的是此时图像已新增了包含光谱信息的像素信息，但由于像素信息以图层赋值的方式加入图像信息中，因此新增的像素信息并不会影像图像的内容和观感。
48.如图4所示，当需要单独读取光谱数据或进行图像与光谱数据的分离时，首先通过在融合后图像的外嵌像素信息的范围内依次读取像素信息灰度值，获得“归一化”处理后的光谱数值；然后利用“归一化”程序的逆处理，即可将其恢复为所获取的原始光谱数值。
49.综上，本专利使用高像素、高分辨率的光学相机对文物与艺术品采集图像信息，同时获取对应图像的高分辨率光谱信息。由于不同文物与艺术品的宏观形状与微观痕迹不同，因此在对应的图像与光谱信息中所呈现出的光谱数据与光谱特性均不相同，能够达到文物与艺术品与图像光谱信息一一对应的标准；在软件算法方面，本专利使用归一化方法，将光谱数据转换成范围在0至255区间内的数据，之后将其映射在rgb颜色空间上，形成每个光谱数据对应灰度值的像素信息，并将形成的像素信息嵌入图像图层，便形成包含光谱信息的图像数据。接收到图像后，反向读取其灰度值并逆归一化处理后即可获得光谱数据，配合上图像信息，能够实现为每件文物与艺术品生成一个独一无二的光学身份信息以作识别的功能。
50.上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。
51.对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
52.此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。