專利名稱：空間相機彩色圖像質(zhì)量評價檢測系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光學檢測領(lǐng)域，涉及一種空間相機彩色圖像質(zhì)量評價檢測系統(tǒng)，尤其涉及一種空間相機圖像進行彩色復原后對其彩色圖像色彩準確度評價的空間相機彩色圖像質(zhì)量評價檢測系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
顏色視覺是由光照、物體表面形態(tài)和視覺系統(tǒng)共同決定的，它們對顏色評價有著決定性的影響。要解決顏色的度量問題，首先必須找到外界光刺激與色知覺量之間的對應關(guān)系，以便通過對光輻射物理量的測量間接地獲得色知覺量。因此應用了 心理物理學的方法，綜合光學、視覺生理、視覺心理等學科，通過大量的科學實驗，研究人員建立了色度學體系，初步解決了對顏色進行定量描述和規(guī)范測量的問題。經(jīng)過國際照明委員會(CIE)的技術(shù)協(xié)調(diào)，使之標準化，建立了 CIE色度學系統(tǒng)，實現(xiàn)用數(shù)量來表示顏色、用物理儀器代替人眼進行顏色的測量。在人類進行的月球與深空探測活動中，環(huán)繞探測、軟著陸探測和巡視勘察是最主要的探測手段，軟著陸更是踏上另一個星球進行實地科學探測的第一步，從獲取探測數(shù)據(jù)的直接性和豐富性的角度來看，軟著陸和巡視勘察是其它探測形式所不能替代的，在月球與深空探測技術(shù)發(fā)展中占據(jù)著十分重要的地位?？臻g彩色相機在未來星球軟著陸方面將會越來越普遍，因為其在可視信息數(shù)字化方面較傳統(tǒng)的空間黑白相機擁有更多的顏色信息，也更符合人眼對圖像的需要?，F(xiàn)今，在衡量彩色重建圖像質(zhì)量的優(yōu)劣方面，卻依然沿襲著以往的傳統(tǒng)模式。雖然考慮到信息的主體是圖像，然而圖像的最終受體是人，人眼感受彩色圖像直觀質(zhì)量的好壞就可以成為衡量系統(tǒng)的重要指標。目視法是主要的顏色評價手段，但這種方法受到照明條件、背景亮度、材料光澤、紋理、大小形狀及操作人員的視覺和心理上的差異等方面因素的影響，準確度低、一致性差。即使取多個不同人員的平均判定甚至同一個觀察者多次重復判定，其結(jié)果仍然會出現(xiàn)相當大的離散性和隨機性。而且主觀評價測試不僅繁瑣、耗時，實行起來也非常昂貴。這使得空間彩色相機在研制后期，無法通過有效的手段，對其重建圖像的色彩準確度進行測試和評價，更無法通過測試獲取反饋信息，改善色彩還原算法，得到更為真實的重建彩色圖像。正是由于主觀評價的不足，人們開始意識到彩色圖像定量描述以及測量評價的重要性。而只有對彩色重建圖像的色彩準確度進行定量化測試，才能有效的指導整個彩色重建流程和方法，獲取更為真實、更容易被大眾接受的準確彩色圖像。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決背景技術(shù)中存在的上述問題，本發(fā)明提供了一種能夠?qū)臻g彩色相機圖像重建色彩準確度的評價、公信度高以及穩(wěn)定性強的空間相機彩色圖像質(zhì)量評價檢測系統(tǒng)。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案是本發(fā)明提供了一種空間相機彩色圖像質(zhì)量評價檢測系統(tǒng)，其特殊之處在于所述空間相機彩色圖像質(zhì)量評價檢測系統(tǒng)包括光源、目標單元、準直光學系統(tǒng)、光譜信息采集單元以及控制單元；所述目標單元、準直光學系統(tǒng)、光譜信息采集單元依次設(shè)置在光源的出射光路上；所述控制單元與光譜信息單元相連。上述光源是能夠為檢測系統(tǒng)提供穩(wěn)定光源的CIE推薦采用的標準照明體光源；所述CIE推薦采用的標準照明體光源至少包括D55、D65以及D75 ;所述D55的相關(guān)色溫是5503K ;所述D65的相關(guān)色溫是6504K ;所述D75的相關(guān)色溫是7504K。上述目標單元是標準色板。上述準直光學系統(tǒng)是離軸反射平行光管；所述目標單元設(shè)置在離軸反射平行光管的焦平面上；所述光源通過目標單元反射至離軸反射平行光管。上述離軸反射平行光管是口徑是ΦΙΟΟι πι，焦距是IOOOmm離軸反射平行光管。上述離軸反射平行光管包括離軸拋物面主鏡以及可變光闌；所述目標單元設(shè)置在離軸拋物面主鏡的焦平面上；所述光源通過目標單元反射至離軸拋物面主鏡上；所述可變·光闌設(shè)置在離軸反射平行光管的出光口處；所述可變光闌是消雜散光光闌。上述光譜信息采集單元包括電控平移臺以及光譜輻射度計；所述光譜輻射度計以及待測空間相機分別設(shè)置在電控平移臺上；所述控制單元分別與光譜輻射度計以及待測空間彩色相機相連；所述控制單元分別控制光譜輻射度計或待測空間相機在電控平移臺上移動至準直光學系統(tǒng)的出光口處。上述控制單元是步進電機控制器。上述空間相機彩色圖像質(zhì)量評價檢測系統(tǒng)還包括與光譜信息采集單元相連的數(shù)據(jù)處理單元；所述數(shù)據(jù)處理單元是由封裝有CIE DE2000色差公式的算法的計算機軟件程序來實現(xiàn)的。上述空間相機彩色圖像質(zhì)量評價檢測系統(tǒng)還包括與數(shù)據(jù)處理單元相連的顯示單
J Li ο本發(fā)明的優(yōu)點是本發(fā)明提供了一種空間相機彩色圖像評價測試系統(tǒng)，該測試系統(tǒng)由光源系統(tǒng)、準直系統(tǒng)、目標單元、光譜采集單元、控制單元、數(shù)據(jù)處理單元和顯示單元組成。當標準光源照亮目標單元時，控制單元先將光譜輻射度計移動至平行光管出光口處進行光譜信息采集；而后控制單元將光譜輻射度計移出，將被測空間彩色相機移動至平行光管出光口處采集圖像。數(shù)據(jù)處理單元將所得到的數(shù)據(jù)進行計算，得到重建彩色圖像的色差，并通過顯示器輸出計算結(jié)果和實時圖像。具體而言，本發(fā)明具有以下優(yōu)點I、本發(fā)明通過光譜輻射度計測量準直系統(tǒng)出光口輻亮度值，并換算得到出光口的光譜三刺激值?？臻g彩色相機在出光口對目標單元成像，重建彩色圖像后，從顯示單元直接獲取圖像三刺激值。利用CIE DE2000均勻色空間，來進行色差的計算，可以從明度差、彩度差、色調(diào)差等多方面對圖像顏色準確度進行評定，具有很高的公信度。填補了國內(nèi)無法通過客觀數(shù)據(jù)，對空間相機重建后的彩色圖像進行評價的空白，在國內(nèi)空間相機領(lǐng)域?qū)崒偈讋?chuàng)，避免了傳統(tǒng)人工評價的不確定因素，用客觀的數(shù)據(jù)評定替代了主觀的評價。2、本發(fā)明采用的光源選用標準照明體，提高了測試的穩(wěn)定性，目標單元選用標準色板ColorCheckDC，具有很高色彩飽和度、均勻性，可以提高測試的穩(wěn)定度；光譜采集單元選用高精度光譜輻射度計，大大提高測試精度；在準直系統(tǒng)出射窗口處安裝有可變光闌，可根據(jù)不同空間相機的通光口徑大小調(diào)整準直系統(tǒng)出射光束的口徑，以滿足不同相機測試的需要；在準直系統(tǒng)出射窗口處安裝有可變光闌，可以有效的遮擋雜散光，提高測試精度；選用高精度電控平移臺，承載被測相機和光譜輻射度計交替移動至準直系統(tǒng)出光口處，保證了測試的重復性。


圖I是本發(fā)明所提供的空間相機彩色圖像質(zhì)量評價檢測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；其中I-光源；2_標準色板；3_離軸拋物面主鏡；4_可變光闌；5_被測空間相機；6_光譜輻射度計；7_電控平移臺；8_控制單元；9_數(shù)據(jù)處理單元；10_顯示單元；11_準直光學系統(tǒng)。
具體實施例方式參見圖1，本發(fā)明提供了一種空間相機彩色圖像質(zhì)量評價檢測系統(tǒng)，該評價檢測系統(tǒng)包括光源I、目標單元、準直光學系統(tǒng)11、光譜信息采集單元以及控制單元8 ；目標單元、準直光學系統(tǒng)11、光譜信息采集單元依次設(shè)置在光源I的出射光路上；控制單元8與光譜信息單元相連。光源I是能夠為檢測系統(tǒng)提供穩(wěn)定光源的CIE推薦采用的標準照明體光源；CIE·推薦采用的標準照明體光源至少包括D55、D65以及D75 ；D55的相關(guān)色溫是5503K ；D65的相關(guān)色溫是6504K ；D75的相關(guān)色溫是7504K。目標單元是標準色板2。準直光學系統(tǒng)11是離軸反射平行光管；目標單元設(shè)置在離軸反射平行光管的焦平面上；光源I通過目標單元反射至離軸反射平行光管。離軸反射平行光管是口徑是Φ 100mm，焦距是IOOOmm離軸反射平行光管。離軸反射平行光管包括立軸拋物面主鏡3以及可變光闌4 ；目標單元設(shè)置在立軸拋物面主鏡3的焦平面上；光源I通過目標單元反射至立軸拋物面主鏡3上；可變光闌4設(shè)置在離軸反射平行光管的出光口處；可變光闌4是消雜散光光闌。光譜信息采集單元包括電控平移臺7以及光譜輻射度計6 ;光譜輻射度計6以及待測空間相機分別設(shè)置在電控平移臺7上；控制單元8分別與光譜輻射度計6以及待測空間彩色相機5相連；控制單元8分別控制光譜輻射度計6或待測空間相機在電控平移臺7上移動至準直光學系統(tǒng)11的出光口處。控制單元8是步進電機控制器。空間相機彩色圖像質(zhì)量評價檢測系統(tǒng)還包括與光譜信息采集單元相連的數(shù)據(jù)處理單元9 ;數(shù)據(jù)處理單元9是由封裝有CIE DE2000色差公式的算法的計算機軟件程序來實現(xiàn)的?？臻g相機彩色圖像質(zhì)量評價檢測系統(tǒng)還包括與數(shù)據(jù)處理單元9相連的顯示單元10。本發(fā)明的工作過程是標準照明體光源I發(fā)出的光照射在標準色板2上；標準色板2為漫反射體，位于準直系統(tǒng)11的焦平面上，經(jīng)過標準色板反射的光再打在準直系統(tǒng)主鏡3上，以平行光束從準直系統(tǒng)出射；在出射窗口處設(shè)置有可變光闌4，既用于控制平行光束的口徑，還可以對雜散光進行抑制；控制單元8通過控制電控平移臺7并承載空間相機5移動至準直系統(tǒng)11出光口處，對標準色板2進行成像后存儲圖像；控制單元8移動電控平移臺7運動，將光譜輻射度計6移入準直系統(tǒng)11出光口處，采集出口處光譜輻亮度值；對空間相機采集的圖像進行彩色復原， 并提取復原后圖像的三色刺激值；對光譜輻射度計所采集的輻亮度值進行計算，得到出光口處的標準三色刺激值；進而將兩個設(shè)備獲取的數(shù)值代入CIE DE2000色差公式中進行運算，得到復原彩色圖像與真實值之間的色差，以上流程都再數(shù)據(jù)處理單元9中進行；顯示單元10既能顯示空間相機采集圖像，也能將計算結(jié)果輸出成報表。本發(fā)明的具體工作原理如下標準照明體光源照亮標準色板，經(jīng)過準直系統(tǒng)準直后形成準直光束，信號采集單元的光譜輻射度計在準直系統(tǒng)出光口處采集輻亮度值，通過計算得到照明體相對光譜功率分布函數(shù)S( λ )，進而按下式計算出光口處的CIE色度系統(tǒng)三刺激值XI、Yl、Zl。= ^j φ(λ)χ{/ι)^/J 二 k [ φ(λ)ν(λ)ι λΖ = /;J φ{(diào) λ) (λ)(. λ
λ λ λ式中舛2)為顏色刺激函數(shù)，即進入人眼產(chǎn)生顏色感覺的光能量。F J s是CIE規(guī)
定的標準色度觀察者的光譜三刺激值，k為歸一化系數(shù)。
, 100
—780
Σ 被測物體是非自發(fā)光物體時
φ(λ) = ρ(λ)φ{(diào)/)其中P (λ)為物體的光譜反射比，S(X)為標準照明體光源的相對光譜功率分布。用分光光度計測量被測色板的光譜反射比P (入)。通過移動電控平移臺將被測相機移動至準直系統(tǒng)出光口處，對標準色板進行成像，通過相機自身彩色合成算法復原出標準色板的彩色圖像，從顯示單元讀取標準色板R、G、B值，此數(shù)值即為復原彩色圖像三刺激值Χ2、Υ2、Ζ2。數(shù)據(jù)處理單元根據(jù)以上獲取的彩色圖像三刺激值進行計算，最后將評判結(jié)果通過顯示單元輸出結(jié)果報表。以下是相關(guān)數(shù)據(jù)處理算法利用CIE DE2000均勻色空間，來進行色差的評價，米制明度L'米制色品a' b*
廣._ | 6{Y / Yn y 1 -16 (K / K, > 0.008856)
~| 903.37 I Yn{Y / Y11 < 0.008856)
「 ^ i500[(X/Xnf 3-(F/^ )13] {XI Xn >0.008856)s a = eJ
IX^-Y I Yn](X/Xn <0.008856)
b,_i200[(y I Yn f3 — (ZI zn fl ] (Z/Z > o.oossse)
~ [1557.4[F/7 -Z/ZJ(Z/Z,, <0.008856)
(Χ,Υ,Ζ)是顏色樣品的三刺激值，(Xn, Yn, Zn)是CIE標準照明體照射在全漫反射體上，反射到觀察者眼中的白色三刺激值。顏色的彩度Cl f*ab 二 (a*2 + b*2 f2計算a' = (1+G) a*, C' = J(a')2 + {b'f h' =arctan (bYa')
，其
權(quán)利要求
1.一種空間相機彩色圖像質(zhì)量評價檢測系統(tǒng)，其特征在于所述空間相機彩色圖像質(zhì)量評價檢測系統(tǒng)包括光源、目標單元、準直光學系統(tǒng)、光譜信息采集單元以及控制單元；所述目標單元、準直光學系統(tǒng)、光譜信息采集單元依次設(shè)置在光源的出射光路上；所述控制單元與光譜信息單元相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所 述的空間相機彩色圖像質(zhì)量評價檢測系統(tǒng)，其特征在于所述光源是能夠為檢測系統(tǒng)提供穩(wěn)定光源的CIE推薦采用的標準照明體光源；所述CIE推薦采用的標準照明體光源至少包括D55、D65以及D75 ;所述D55的相關(guān)色溫是5503K ;所述D65的相關(guān)色溫是6504K ;所述D75的相關(guān)色溫是7504K。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的空間相機彩色圖像質(zhì)量評價檢測系統(tǒng)，其特征在于所述目標單元是標準色板。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2或3所述的空間相機彩色圖像質(zhì)量評價檢測系統(tǒng)，其特征在于所述準直光學系統(tǒng)是離軸反射平行光管；所述目標單元設(shè)置在離軸反射平行光管的焦平面上；所述光源通過目標單元反射至離軸反射平行光管。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的空間相機彩色圖像質(zhì)量評價檢測系統(tǒng)，其特征在于所述離軸反射平行光管是口徑是Φ IOOmm,焦距是IOOOmm離軸反射平行光管。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的空間相機彩色圖像質(zhì)量評價檢測系統(tǒng)，其特征在于所述離軸反射平行光管包括離軸拋物面主鏡以及可變光闌；所述目標單元設(shè)置在離軸拋物面主鏡的焦平面上；所述光源通過目標單元反射至離軸拋物面主鏡上；所述可變光闌設(shè)置在離軸反射平行光管的出光口處；所述可變光闌是消雜散光光闌。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的空間相機彩色圖像質(zhì)量評價檢測系統(tǒng)，其特征在于所述光譜信息采集單元包括電控平移臺以及光譜輻射度計；所述光譜輻射度計以及待測空間相機分別設(shè)置在電控平移臺上；所述控制單元分別與光譜輻射度計以及待測空間彩色相機相連；所述控制單元分別控制光譜輻射度計或待測空間相機在電控平移臺上移動至準直光學系統(tǒng)的出光口處。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的空間相機彩色圖像質(zhì)量評價檢測系統(tǒng)，其特征在于所述控制單元是步進電機控制器。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的空間相機彩色圖像質(zhì)量評價檢測系統(tǒng)，其特征在于所述空間相機彩色圖像質(zhì)量評價檢測系統(tǒng)還包括與光譜信息采集單元相連的數(shù)據(jù)處理單元；所述數(shù)據(jù)處理單元是由封裝有CIE DE2000色差公式的算法的計算機軟件程序來實現(xiàn)的。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的空間相機彩色圖像質(zhì)量評價檢測系統(tǒng)，其特征在于所述空間相機彩色圖像質(zhì)量評價檢測系統(tǒng)還包括與數(shù)據(jù)處理單元相連的顯示單元。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種空間相機彩色圖像質(zhì)量評價檢測系統(tǒng)，包括光源、目標單元、準直光學系統(tǒng)、光譜信息采集單元以及控制單元；目標單元、準直光學系統(tǒng)、光譜信息采集單元依次設(shè)置在光源的出射光路上；控制單元與光譜信息單元相連。本發(fā)明提供了一種能夠?qū)臻g彩色相機圖像重建色彩準確度的評價、公信度高以及穩(wěn)定性強的空間相機彩色圖像質(zhì)量評價檢測系統(tǒng)。
文檔編號H04N17/00GK102917243SQ201210405719
公開日2013年2月6日 申請日期2012年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月22日
發(fā)明者薛勛, 張潔, 趙建科, 劉峰, 龍江波, 胡丹丹 申請人:中國科學院西安光學精密機械研究所