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低成本便携式多光谱成像系统的研发及优化

Development and optimization of a low-cost and portable multispectral imaging system

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目的 针对现有多光谱成像系统存在成本高、结构复杂、操作难度大和响应速度慢等问题.因此,本文提出了一种基于脉冲调制的低成本便携式多光谱成像系统,并采用客观图像质量评估(image quality assessment,IQA)的方法对其系统参数进行优化.方法 该系统主要由光源模块、控制模块、图像采集模块和图像分析模块4部分组成.光源模块采用9个波长的LED(light emitting diode)阵列,其中心波长为365 nm、390 nm、460 nm、515 nm、585 nm、620 nm、650 nm、730 nm和840 nm;控制模块主要包括LED驱动电路和USB(universal serial bus)电源,可以通过发送一定时间间隔的脉冲波来分时点亮LED,并通过一定阻抗匹配使LED发光强度达到最大值;图像采集模块主要使用去除红外截止滤波片的高清红外工业相机,该相机的最佳光谱感应范围包含所选的9个LED灯珠的中心波长;图像分析模块主要执行客观图像质量评估算法.系统执行时,STC89C51单片机发射周期为T的脉冲波来驱动9种不同波长的LED分时点亮.然后,计算机平台调用高清红外相机模组,以相匹配的间隔捕获多光谱图像.在系统拍摄参数优化实验中,本文采用模糊度和清晰度评价指标对所获得的多光谱图像从相机拍摄时间间隔、相机拍摄距离和光照强度3个角度进行质量评估,进而获得较优的系统成像参数.结果 通过改变系统拍摄参数,对3个场景下的不同拍摄条件所获取的多光谱图像质量进行评估,结果显示:对于本文所搭建的多光谱成像系统,相机拍摄时间间隔与LED灯珠频闪周期同步,拍摄距离为25 mm,光照强度为45 Lux下成像质量相对较好.结论 本文设计并搭建的基于脉冲调制的低成本便携式多光谱成像系统成本低、操作难度小、结构简单、成像质量较好、成像速度较快,可以满足多光谱成像系统大规模推广使用的要求.此外,本文的系统设计方法、设计思路和实验方案等可以为后续研究提供借鉴.

朱豪男、胡孟晗、张健、李庆利

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华东师范大学上海市多维度信息处理重点实验室,上海 200241

脉冲调制 多光谱成像 图像质量评价 实验设计优化 嵌入式系统 图像处理

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2021

中国图象图形学报
中国科学院遥感应用研究所,中国图象图形学学会 ,北京应用物理与计算数学研究所

中国图象图形学报

CSTPCDCSCD北大核心
影响因子：1.111
ISSN：1006-8961
年,卷(期)：2021.26(8)
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