1 浙江大学光电信息科学与工程学院，浙江 杭州 310027
2 浙江省医疗器械审评中心，浙江 杭州 310009
3 之江实验室类人感知研究中心，浙江 杭州 311100
采用蒙特卡罗模拟技术对血管组织在可见光波段的多光谱成像进行建模仿真，通过分析不同血氧饱和度下血液后向散射功率的绝对值、相对值、绝对差值和对比度，并考虑可能的干扰因素，优选出适合内窥环境下使用的450 nm、525 nm、630 nm和660 nm 4个成像波段。基于4个优选的成像波段展开了血氧饱和度检测的实验验证。在血管仿体组织上的实验结果表明，在95%的置信水平下，血氧饱和度的检测偏差为1.24%。研究结果验证了利用四波段进行内窥组织血氧饱和度检测的可行性。
医用光学 多光谱成像 内窥镜 血氧饱和度 蒙特卡罗仿真
1 北京理工大学颜色科学与工程国家专业实验室，北京 100081
2 利亚德光电股份有限公司，北京 100091
多基色显示是广色域显示技术的重要发展方向，但多基色显示系统目前面临着高分辨率、高帧率多基色驱动图像的获取问题。提出一种基于广色域RGB相机的多基色驱动图像生成方法。以实际多基色LED点阵显示系统为例，首先建立了显示系统的n基色空间与标准CIE XYZ空间的转换模型，即正向转换模型；在正向模型的基础上，建立了由3基色空间到多基色空间的逆向转换模型，从而将RGB相机摄取的高分辨率彩色图像转换为n基色显示系统的驱动图像。实验中，根据典型5基色LED点阵显示器的色度参数分别建立了正向和逆向转换模型，并将ColorChecker SG色卡的广色域图像作为目标图像，完成了基色转换和色差分析。
视觉光学 多基色显示 广色域显示 LED显示器 多光谱成像
1 长春理工大学 光电测控与光信息传输技术教育部重点实验室，吉林 长春 130022
2 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所 中国科学院光学系统先进制造技术重点实验室，吉林 长春 130033
针对用于地球静止轨道卫星的遥感面阵快照式成像光谱仪传输数据量过大引起的数据传输困难、信号采集处理时间长的问题，利用地球静止轨道平台可以长期驻留固定区域上空的特点，提出采用压缩感知的大口径宽谱段快照式光谱仪方案，对其光学系统结构进行设计，并对相关参数进行了计算。物镜采用同轴三反式无焦系统，用分色片对系统分光，经过对各系统进行优化处理，最终获得了幅宽为400 km×400 km，可见光地面像元分辨率为50 m、中波红外地面像元分辨率为400 m、长波红外地面像元分辨率为625 m的光学系统。该设计中，可见光路在78.125 lp/mm的MTF高于0.455，中波红外的光谱分辨率为光路在33.3 lp/mm处的MTF高于0.518，长波红外光路在20.8 lp/mm处的MTF高于0.498；可见光光谱分辨率为20 nm、中波红外的光谱分辨率为50 nm、长波红外的光谱分辨率为150 nm；可见光路二级光谱小于0.05 mm，设计结果具有良好的成像质量，各部分光学系统成像质量接近衍射极限，设计结果满足应用和指标需求。
光学设计 多光谱成像 压缩感知 宽谱段光谱仪 optical design multi-spectral imaging compressive sensing visual and infrared multispectral sensor 
1 北京农业质量标准与检测技术研究中心, 北京 100097
3 北京工商大学食品安全大数据技术北京市重点实验室, 北京 100048
4 北京博普特科技有限公司, 北京 100193
为对糯玉米种子热损伤粒进行无损快速鉴别并探索热损伤过程对糯玉米种子的影响, 以糯玉米种子“京科糯2000”为例, 用Videometer近紫外-可见-短波近红外多光谱成像仪分别以胚面向上和胚面向下方式采集糯玉米种子对照组及热损伤组多光谱成像数据, 分别提取胚面向上胚部、 胚面向上胚乳部、 胚面向下胚乳部单点多光谱数据, 并对胚面向上胚部和胚面向上胚乳部多光谱数据做初级融合; 对多光谱数据进行基线校正预处理后计算各光谱数据样本标准差, 进而通过光谱数据样本标准差的变化分析热损伤对糯玉米种子各部位的影响; 基于多光谱数据采用偏最小二乘-判别分析算法建立糯玉米种子热损伤粒无损鉴别模型, 对所建模型进行全交互验证, 并与近红外光谱数据模型比较。 结果表明, 热损伤对糯玉米种子胚、 胚乳有不同的影响, 多光谱数据和近红外光谱数据表现出一致的变化趋势。 采用多光谱数据建立热损伤粒鉴别模型, 各模型前3主成分得分3D散点图中, 对照组和热损伤组样品表现出一定的分离趋势, 校正数据正确率在96%~100%之间, 交互验证数据正确率在92%~100%之间, 其中, 糯玉米种子胚面向上胚部光谱和胚乳部光谱初级融合数据建模效果最好, 校正数据正确率100%, 交互验证数据正确率在98%~100%之间。 作为对比, 采用近红外光谱数据建立糯玉米种子热损伤粒偏最小二乘-判别分析模型, 胚面向上、 胚面向下以及二者初级融合数据模型的前3主成分得分3D散点图中, 对照组和热损伤组样品表现出较好的分离趋势, 各模型校正数据、 交互验证数据正确率皆为100%。 本研究表明, 采用近紫外-可见-短波近红外多光谱成像对糯玉米种子的热损伤粒进行无损快速识别具有较好的可行性, 多光谱成像数据各变量样本标准差和近红外光谱数据各变量样本标准差呈现一致的规律; 采用胚和胚乳融合多光谱数据所建模型在各模型中具有更高的正确率。
多光谱成像 数据融合 近红外光谱 热损伤粒 糯玉米种子 Multi-spectral imaging Data fusion Near-infrared spectroscopy Heat-damaged kernel Waxy corn seed 光谱学与光谱分析
2021, 41(9): 2696
南京大学 电子科学与工程学院, 江苏 南京 210123
多光谱视频成像能够同时采集场景的空间、时间和光谱信息, 可广泛应用于遥感、农业监测和材质分析等多个领域。然而传统光谱仪往往包含光学色散分光结构, 系统复杂、标定困难, 难以普遍推广。因此, 文中搭建了一种多传感器小型化光谱视频成像系统, 提出了一种基于相机姿态的多视点图像或视频快速对齐方法, 实现了嵌入式平台上的多光谱视频的实时采集和对齐。通过复杂场景的实验验证, 文中提出的对齐方法在PSNR、SSIM客观指数以及主观视觉评价中均取得了良好的效果。
多光谱成像 多视点图像对齐 立体标定 光谱分析 multi-spectral imaging multi-view image alignment stereo calibration spectral analysis 红外与激光工程
2019, 48(6): 0603019
1 云南师范大学 物理与电子信息学院, 云南 昆明 650500
2 云南省光电信息技术重点实验室, 云南 昆明 650500
对基于核熵成分分析的光谱反射率重建方法进行了研究,分别采用主成分分析方法和核主成分分析方法构建光谱反射率重建算法进行颜色重建研究,并与基于核熵成分分析算法的光谱反射率进行比较。实验结果表明,基于核熵成分分析的光谱重建算法在色度精度和光谱精度上均优于主成分分析和核主成分分析,对物体表面颜色的真实重建具有一定的应用价值。
多光谱成像 光谱反射率重建 主成分分析(PCA) 核主成分分析(KPCA) 核熵成分分析(KECA) multi-spectral imaging spectral reflectance reconstruction principal component analysis(PCA) kernel principal component analysis(KPCA) kernel entropy component analysis(KECA)
陇东学院 电气工程学院, 甘肃 庆阳 745000
利用液晶可调谐滤波器(LCTF)和CMOS相机组合的多光谱成像系统,在波长400~720 nm内以5 nm为间隔对莲花白叶片进行多光谱成像。首先根据图像亮度信息法的原理,计算得到各波段莲花白叶片的可识别度;然后对莲花白叶片的可识别度进行大小排序,综合图像的信息特征和可识别度,得出555 nm、715 nm、710 nm、575 nm、535 nm、520nm、720 nm、605 nm和650 nm 9个波段有较好的识别度;最后根据欧氏距离法和光谱角度匹配法分别对莲花白叶片的特征波段的分类精度予以统计,得到两种方法的分类精度分别为95.56%和93.13%。实验证明,选取的9个波段对莲花白叶片具有较好的分类精度,可作为莲花白叶片的特征波段。
特征波段 多光谱成像 莲花白叶片 分类精度 feature band multi-spectral imaging cabbage leaves classification accuracy
中国工程物理研究院 流体物理研究所, 四川 绵阳 621900
易燃易爆液体的实时、远程和动态探测对于保障公共安全具有重要意义，在公安、民航和海关等领域应用前景广阔。研制了基于液晶可调滤光片的近红外光谱成像系统，通过波长优选算法大幅降低了光谱通道数，有效提高了扫描成像速度和数据处理速度，可实现对低速运动的液体危险品的远程和实时检测。利用该系统开展了不同环境下对易燃易爆液体的检测实验，结果表明该系统对静态目标检测精度为100%，对速度小于0.2 m/s的运动目标检测精度高于95%。
多光谱成像 液体危险品 安全检测 液晶可调滤光片 远程动态监测 multi-spectral imaging flammable liquid safety detection liquid crystal tunable filter remote dynamic monitoring 强激光与粒子束
2018, 30(1): 019001
复合染色方法可以解决传统宫颈癌联合筛查无法在同一张涂片上实现的问题。针对复合染色带来的DNA吸光度干扰和色彩还原失真等问题, 本文建立了一套多波段光源的显微光谱成像系统.组合光源的设计兼顾彩色图像的还原和吸光度模型的建立, 采用多元线性回归法建立多光谱剥离模型, 利用该模型从混叠的多光谱图像中剥离出福尔根染料的真实吸光度用于DNA定量分析, 同时合成符合医生诊断习惯和要求的伪彩色图像. 实验结果表明: 选用的四个波段的光源的带宽为12 nm/12 nm/14 nm/19 nm, 是符合要求的窄带单色光；以显微测微尺为标尺, 以原光源测量参数为标准, 测得组合光源的光斑偏移量最大不超过3个刻度, 其平行度和同轴度满足成像系统要求；合成的伪彩色图像颜色明亮饱满、背景干净, 不会对阅片医生诊断造成干扰和障碍；吸光度剥离模型可以成功将福尔根染料真实吸光度剥离出, 能够准确计算DNA含量.选用小鼠肝脏涂片作为测量标本, 测量计算的DI值符合肝细胞多倍体性的特点；选择宫颈阳性样本进行对比实验, 两种方法测得的二倍体细胞和四倍体细胞DI值相吻合.本系统具有较高的准确性和可靠性.
多光谱成像 复合染色 多波段光源 DNA定量分析 多光谱图像剥离 Multi-spectral imaging Compound staining Multi-band illuminants Quantitative analysis of DNA Multi-spectral image unmixing model 光子学报
2017, 46(11): 1130001
中国科学院光电研究院, 中国科学院计算光学成像技术重点实验室, 北京 100094
大面阵滤光片阵列多光谱成像仪采用了全帧转移大面阵探测器, 并利用机械快门保证采集数据时不发生拖尾现象, 但由于机械快门开合时间的不稳定性, 使多光谱成像仪数据出现区域间的亮度不均匀, 而且还会造成彩色图像偏色条带。 故提出了一种基于目标辐射一致性的相对辐射定标方法, 利用图像重叠部分的辐射特性, 计算光谱图像的辐射矫正因子, 对拼接图像的非均匀性进行矫正。 并利用差分评价矫正效果。 最后对多光谱相机采集的外场实验数据进行处理和矫正, 结果表明, 该方法可以很好的矫正单色拼接图像区域间的非均匀性, 并可以消除彩色合成图像中的偏色条带； 适用于有重叠部分的图像拼接, 并且对于拼接误差不敏感。
多光谱成像 相对辐射定标 机械快门 拼接 Multi-spectral imaging system Relative radiance calibration Mechanical shutter Mosaic 光谱学与光谱分析
2017, 37(8): 2615
