技术摘要：
一种基于多光谱图像探测技术的环境色温测试方法及系统，该方法先利用光谱芯片获取标准色板中第1.2.3....m种颜色方块亮度均匀的图像和多光谱数据，针对每种颜色方块均得到N组多光谱数据矩阵；将N组多光谱数据矩阵进行时间和空间降噪处理，最终得到n个多光谱数据，按照此  全部
背景技术：
不同光源具有不同的光谱成分和分布，色度学上称其为色温。受环境色温的影响， 图像传感器拍摄的图片往往会出现偏色的现象，比如在较高色温环境下所拍摄的图片就会 偏蓝，在较低色温环境下拍摄的图片就会偏红，环境光除了使图片产生色偏外，还导致图像 的过饱或饱和度不足，使图片的颜色严重失真。目前人们利用白平衡的调整技术扣除或补 充环境光的影响，消除这种色偏，但现有的调整技术均集中在白平衡算法上，例如：[一种 CMOS图像传感器信号处理自动白平衡算法，方建荣等，计算机工程，Vol.41，No.9,2015]、 [基于环境光检测的场景融合系统，董月等，光子学报，Vol.49No.1,2020]、[基于色温估计 的自动白平衡算法研究，王敏等，Vol.22No.12,2011]，其硬件均使用RGB色温传感器，而且 这种白平衡调整技术仅利用红、绿、蓝三个数值进行计算，存在算法复杂程度过高、信息量 欠缺，导致色温修正性不足等缺点。 针对上述问题，目前部分手机采用了八通道多光谱色温传感器，采用语义色彩还 原算法，配有AI深度学习算法库，实现了在复杂光源和背景下，环境光色温(CCT)的测量。但 该项技术采取的是单点传感器，将所有光信号进行求和平均处理，当不同方向或者位置上 入射光源色温不同时，则无法有效区分，因而环境适用性不足，准确度较低。
技术实现要素：
鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种基于多光谱图像探测技术的环境色温 测试方法，该方法利用光谱芯片实现色温快速、准确、高效检测。 为实现上述目的，本发明是采用如下技术方案实现的： 一种基于多光谱图像探测技术的环境色温测试方法，具体包括以下步骤： 步骤S1、将含有m种标准颜色的标准色板置于色温标准灯下，调整色温标准灯与标 准色板的距离、标准色板与光谱芯片的间距；其中，所述色温标准灯输出的色温值为I个；所 述光谱芯片包括分光元件和图像传感器，分光元件用于将入射光分为n个波带，并将不同光 谱波带上辐射信息传递到底层图像传感器的光感面上，使所拍摄的图像包括n张不同光谱 带的照片，这样对于图像中的某一像素区位置，对应n个光谱数据，即实现了目标某区域的 多光谱数据采集； 步骤S2、启动色温标准灯、光谱芯片，色温标准灯发出的光波照射到标准色板上， 色温标准灯在标准色板上呈现均匀的光斑，标准色板反射后的光进入光谱芯片，光谱芯片 获取标准色板中第1.2.3....m种颜色方块亮度均匀的图像和多光谱数据，连续采集N次，即 针对每种颜色方块均得到N组多光谱数据矩阵； 步骤S3、将每种颜色方块的N组多光谱数据矩阵进行时间和空间降噪处理，时间降 5 CN 111551266 A 说　明　书 2/7 页 噪处理方法为将N组多光谱数据矩阵对应位置取平均，最终得到一个平均后的多光谱数据 矩阵；空间降噪处理是将同一颜色方块区域中相同波带的多光谱数据取平均，最终得到n个 多光谱数据，作为该色温值下的第m种颜色方块的标准多光谱数据，储存于标准数据模块 中；按照此方式依次确定第1.2.3....I个色温值下第m种颜色方块的标准多光谱数据xst (n，ICCT)； 步骤S4、利用含有色温测试系统的手机或摄像机获取场景图片中多种特定颜色区 域的多光谱数据xet(n)，相同波带的多光谱数据取平均，之后利用色温匹配模块将环境光线 多光谱数据与标准多光谱数据xst(n，ICCT)进行标准方差计算，若计算得到的标准方差值小 于标准方差值阈值St，表示该区域的环境光线色温值等于该标准多光谱数据对应的色温 值；若大于St，再进行下一列数据计算； 标准方差计算公式为： … 作为本发明的优选，步骤S4在选取场景图片中特定颜色区域时，以白色、蓝色、绿 色、红色为主。 本发明提供的另一目的在于提供一种基于多光谱图像探测技术的环境色温测试 系统，该系统包括控制模块、光谱芯片、数据处理模块、标准数据模块和色温匹配模块；其 中，所述控制模块与光谱芯片、数据处理模块连接，用于光谱芯片的光谱数据采集和数据处 理模块启动进行指令控制； 所述光谱芯片与数据处理模块连接，光谱芯片采集的图像和多光谱数据发送给数 据处理模块，由数据处理模块进行降噪处理；光谱芯片包括分光元件和图像传感器，所述分 光元件用于将入射光分为n个波带，实现光谱分光的功能；分光元件将同一拍摄目标在不同 光谱波带上辐射信息传递到底层图像传感器的光感面上，使所拍摄的图像包括n张不同光 谱带的照片，这样对于图像中的某一像素区位置，对应n个光谱数据，即实现了目标某区域 的多光谱数据采集；对于获取目标图像某区域的多光谱数据，采用该区域所有像素点对应 波带取平均的方法获得，即目标图像某区域对应的多光谱数据个数均为n； 所述数据处理模块与标准数据模块和色温匹配模块连接； 所述标准数据模块与色温匹配模块连接；标准数据模块用于预先储存标准色温值 所对应的多光谱数据，所述多光谱数据包括m个类别，对应m种标准颜色，即一个类别代表一 种标准颜色，每个类别中包含I组标准色温值所对应的标准多光谱数列，每列标准多光谱数 据个数为光谱芯片总波段数n，每个类别的标准多光谱数据为xst(n，ICCT)； 所述的色温匹配模块与控制模块连接，用于对拍摄的图像中环境光线色温值进行 计算并传输给控制模块，计算方法为标准方差法，即：预先设定色温值标准方差阈值St，将 6 CN 111551266 A 说　明　书 3/7 页 拍摄图像中各区域的环境光线多光谱数据xet(n)按照类别依次与类别中的标准多光谱数据 xst(n，ICCT)按照下述公式进行标准方差计算，若计算得到的标准方差值小于St，表示该区域 的环境光线色温值等于该标准多光谱数据对应的色温值；若大于St，再进行下一列数据计 算； 标准方差计算公式为： … 作为本发明的优选，所述控制模块还用于根据色温匹配模块计算得到的色温值进 行图像的白平衡校准。 作为本发明的优选，所述分光元件为滤波型分光元件、色散型分光元件、干涉型分 光元件或衍射型分光元件。 作为本发明的优选，所述图像传感器为硅基图像传感器，具体为CMOS图像传感器 或CCD图像传感器，用于将分光后的光信号转化为电信号并以数字信号或者编码输出，其曝 光时间为毫秒到秒量级。 作为本发明的进一步优选，所述分光元件为滤光薄膜，所述滤光薄膜为单层结构， 包括M个周期，每个周期包括T1、T2......Tn个单元，均是由已知且透光率不同的n种材料通 过逐一涂覆、刻蚀后拼接而成，每个单元覆盖图像传感器的一个像素点，这样使每个像素对 应的滤光薄膜具有相同或者不同的光谱透过率；光谱数据计算方法如公式(1)所示， Si＝∫I(λ)Ti(λ)η(λ)dλ，   (1) 其中，S为图像传感器输出的光信号强度值，I为入射光谱，是待求解信号，T为滤光 薄膜的光谱透过率，η为图像传感器的量子效率，λ为入射波长。 作为本发明的更进一步优选，所述滤光薄膜的制备方法为：选择n种光谱透过率不 同的聚酰亚胺类滤光薄膜材料，先在图像传感器上涂覆第一种滤光薄膜材料，再涂覆一层 刻蚀层，根据与图像传感器像素的对应关系，将需要的地方保留，将不需要的地方刻蚀掉； 之后涂覆第二种滤光薄膜材料，再涂覆一层刻蚀层，根据与图像传感器像素的对应关系，将 需要的地方保留，将不需要的地方刻蚀掉；依次循环，直至将n种滤光薄膜材料全部涂覆到 图像传感器像上，上述n种滤光薄膜材料经过逐一的涂覆和刻蚀后，最后形成一层完整的具 有M个周期性的滤光薄膜，每个周期包括T1、T2......Tn个单元。 本发明的优点及积极效果是： 1、本发明通过利用光谱芯片获取的环境光多光谱数据对色温值进行计算，比传统 的色温传感器信息量更大，环境适用性强，且算法简单，所需内存小，可实现色温值得准确、 快速、实时检测，具有测试速度快、准确度高等优点。 2、本发明提供的色温测试方法可获取目标图像各区域的色温值，取平均后得到更 7 CN 111551266 A 说　明　书 4/7 页 准确的环境光线色温值，再利用现有的白平衡算法对色图像进行处理，得到的图像更具保 真性。 3、本发明色温测试系统使用的光谱芯片具有光谱范围广、体积小、具有较高光谱 分辨率，重量轻、结构简单、操作便捷、检测速度快等优点，结合简单的数据处理模块构成低 成本的色温传感器，适用于一切显示和摄像功能的电子设备，例如：可应用于智能手机、平 板电脑、笔记本电脑、行车记录仪等，适用范围广泛。 附图说明 图1为本发明色温测试系统的示意框图； 图2为本发明滤光薄膜的示意图； 图3为本发明色温值测试流程图； 图4为根据本发明色温标准灯发射2800K、5000K和6500K三个色温值情况下的标准 色板白色块的标准多光谱数据。 附图标记：控制模块1、光谱芯片2、数据处理模块3、标准数据模块4、色温匹配模块 5。