本技术涉及多光谱成像的图像，尤其涉及一种高斯滤色器型多光谱成像系统的通道数确定方法、装置、电子设备及五通道多光谱成像系统。
背景技术：
1、多光谱彩色成像旨在通过少数光谱通道获取成像场景内物体表面在可见光范围内的光谱反射率以确保物体颜色的高保真再现。研究发现，由宽带滤色片组合构成的最优滤色器的透过率曲线具有高斯形状的曲线特征；窄带系统方面，除了采用技术较早成熟的干涉滤色片外，轻便的多光谱彩色相机的光谱通道多为前置lctf（liquid crystaltunable filter）滤色器、片上工艺兼容的msfa（multispectral filter array）滤色器等组件实现，其光谱透过率也可用高斯曲线建模。除了光谱重建和颜色再现性能受限于光谱通道数外，光谱通道数还对系统的复杂度、数据负荷、成像的时间分辨率、图像的空间分辨率等系统总体指标产生重要影响。因此，无论宽带还是窄带系统，光谱通道数是多光谱彩色相机设计所需考虑的首要问题。然而，在搭建多光谱彩色相机时，人们采用的光谱通道数不尽相同。burns和 cosentino采用干涉滤色片前置滤色器的通道数为7和12；hardeberg、wang和l.a等采用lctf构建的多光谱彩色成像系统，其中确定采用的光谱通道数分为4-17、20和5不等；随着片上多光谱图像传感器技术的发展，多光谱图像的获取通过msfa中空间周期排布、包含不同光谱通道的“滤色马赛克基本单位（unit）”阵列来一次性实现，常见的光谱通道数有3、4、6、9、16等。近年来，随着超平面图像传感器和亚波长光学器件技术的进展，可见光范围内光谱重建精度和颜色保真再现问题仍是制约实用化的关键因素，最优光谱通道数的确定同样是不可回避的关键问题。
技术实现思路
1、本技术实施例提供了一种高斯滤色器型多光谱成像系统的通道数确定方法、装置、电子设备及五通道多光谱成像系统，解决了最优通道数的唯一确定性问题，随之提出的五通道多光谱成像系统具有通道数少、的光谱重建和颜色再现性能好的优势。所述技术方案如下 ：
2、第一方面本发明实施例提出一种高斯滤色器型多光谱成像系统通道数确定方法，包含两个步骤：
3、第一步，获取通道数集合中各通道数目的高斯滤色器型多光谱成像系统的最优滤色器，具体为：
4、获取各高斯型滤色片分别对应的光谱透过率向量，并从各所述光谱透过率向量中选取目标数量为m的光谱透过率向量子集，每个光谱透过率向量子集包括个光谱透过率向量，所述每个光谱透过率向量子集对应的个高斯型滤色片构成每个初始滤色器；
5、基于所述目标数量为的光谱透过率向量子集和多光谱相机响应函数，计算各成像目标在每个初始滤色器下的多光谱相机响应向量；
6、基于所述各成像目标在每个初始滤色器下的多光谱相机响应向量，计算所述各成像目标在每个初始滤色器下的重建反射率向量；
7、基于各所述成像目标对应的测量反射率向量，计算各所述重建反射率向量和各所述测量反射率向量在各预设误差参数下对应的误差值；
8、基于各所述误差值，对所述每个初始滤色器进行评分，将评分最高的初始滤色器作为通道数为的最优滤色器；
9、按照上述方式，遍历，得到所述通道数集合中所有通道数各自对应的共个通道数分别为的高斯滤色器型多光谱成像系统的最优滤色器；
10、第二步，依据所述个不同通道数的、通道数分别为的最优滤色器相应的所述的误差值对每个通道相应的最优滤色器进行评分，将评分较高且通道数最小的滤色器的通道数作为系统的目标通道数，具体为：
11、基于所述个通道数的、通道数分别为的最优滤色器相应的所述误差值，对所述滤色器排序；
12、基于所述的误差值的类型、所述滤色器排序和评分规则，对所述滤色器每个通道的最优滤色器评分；
13、基于所述滤色器的各误差类型评分求得所述滤色器的评分总和;
14、基于所述的评分总和，截留所述评分总和较高且通道数较小所述滤色器排序序列的子序列，得到截留滤色器集合；
15、基于所述误差中的色差容限和截留滤色器集合，选取所述截留滤色器中不大于色差容限且相应通道数最小者的通道数的作为最优通道数。
16、第二方面，本技术实施例提供了一种多光谱成像系统的通道数确定装置，所述装置包括：
17、第一不同通道数最优滤色器获取单元，获取通道数集合中各通道数目的高斯滤色器型多光谱成像系统的最优滤色器,包括五个子模块：
18、第一获取子模块，用于获取各高斯型滤色片分别对应的光谱透过率向量，并从各所述光谱透过率向量中选取目标数量为的光谱透过率向量子集，每个光谱透过率向量子集包括不少于个通道的光谱透过率向量，所述每个光谱透过率向量子集对应的高斯型滤色片构成每个初始滤色器；
19、第二计算子模块，用于基于所述目标数量为的光谱透过率向量子集和多光谱相机响应函数，计算各成像目标在每个初始滤色器下的多光谱相机响应向量；；
20、第三计算子模块，用于基于所述各成像目标在每个初始滤色器下的多光谱相机响应向量，计算所述各成像目标在每个初始滤色器下的重建反射率向量；
21、第四计算子模块，用于基于各所述成像目标对应的测量反射率向量，计算各所述重建反射率向量和各所述测量反射率向量在各预设误差参数下对应的误差值；
22、第五计算子模块，用于基于各所述误差值，对所述每个初始滤色器进行评分，将评分最高的初始滤色器作为通道数为的最优滤色器；
23、第二最优通道数确定单元，依据所述个不同通道数的、通道数分别为的最优滤色器相应的所述的误差值对每个通道相应的最优滤色器进行评分，将评分较高且通道数最小的滤色器的通道数作为系统的目标通道数，包括五个子模块：
24、第一计算子模块，用于基于所述个通道数的、通道数分别为的最优滤色器相应的所述误差值，对所述滤色器排序；
25、第二计算子模块，用于基于所述的误差值的类型、所述滤色器排序和评分规则，对所述滤色器每个通道的最优滤色器评分；
26、第三计算子模块，用于基于所述滤色器的各误差类型评分求得所述滤色器的评分总和;
27、第四计算子模块，基于所述的评分总和，截留所述评分总和较高且通道数较小所述滤色器排序序列的子序列，得到截留滤色器集合；
28、第五计算子模块，基于所述误差中的色差容限和截留滤色器集合，选取所述截留滤色器中不大于色差容限且相应通道数最小者的通道数的作为最优通道数。
29、第三方面，本技术实施例提供了一种电子设备，可包括：处理器和存储器；其中，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序适于由所述处理器加载并执行上述第一方面的方法步骤。
30、第四方面，本技术实施例提供了一种五通道高斯滤色器型多光谱成像系统，包括：
31、滤色器各通道光谱透过率可用高斯函数描述，其中：为中心峰值波长、为光谱通道的带宽（即峰值半高宽）、为光谱透过率曲线的第个采样点的波长坐标；五通道对应的和分别为（410，40）、（460，80）、（540，60）、（620，80）和（685，60），其单位均为纳米（nm），的控制误差不大于2.5纳米；
32、成像系统光源采用cie d65标准光源的光谱功率分布；图像传感器采用包括但不限于硅基单色面阵图像传感器；
33、反射率重建算法为：,其中为多光谱图像传感器响应的列向量，，为1269个孟塞尔色卡的光谱反射率向量的主成分列向量，为光源光谱分布列向量，为探测器的光谱灵敏度向量，表示以相应向量元素为对角线元素的对角矩阵，上角标表示矩阵的转置；滤色器所述五通道滤色器透过率列向量构成的矩阵。
34、本技术实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括:
35、本技术通过改变高斯型滤色片透过率曲线中的中心波长和光谱带宽，得到大量的高斯型滤色片，在不同通道数的最优滤色器中通过重建光谱的误差值的评分得到最优通道数的方法，解决高斯滤色器型多光谱成像系统的最优通道数确定的唯一性问题，提升了多光谱成像系统的光谱重建、颜色再现等多方面的高性能表现；本技术实施例的五通道多光谱成像系统具有通道数少、成本低、性能好的优越表现。
1.高斯滤色器型多光谱成像系统通道数确定方法，其特征在于，所述方法包含两个步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取各高斯型滤色片分别对应的光谱透过率向量，包括：
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述从各所述光谱透过率向量中选取目标数量的光谱透过率向量子集，包括：
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于各所述误差值，对所述每个初始滤色器进行评分，将评分最高的初始滤色器作为目标滤色器，包括：
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，依据所述个不同通道数的、通道数分别为的最优滤色器相应的所述的误差值对每个通道相应的最优滤色器进行评分，将评分较高且通道数最小的滤色器的通道数作为系统的目标通道数，具体步骤为：
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述高斯型滤色片的物理形态包括但不限于分立元件或片上集成元件，其制造工艺包括但不限于沉淀镀膜、离子束刻蚀以及热压成型等。
7.一种高斯滤色器型多光谱成像系统通道数确定装置，其特征在于，所述装置包括：
8.一种电子设备，其特征在于，包括：处理器和存储器；其中，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序适于由所述处理器加载并执行如权利要求1-5任意一项的方法步骤。
9.五通道高斯滤色器型多光谱成像系统，其特征在于，包括：
10.根据权利要求9所述的五通道多光谱成像系统，其特征为，反射率重建算法为：,其中为多光谱图像传感器响应的列向量，，为1269个孟塞尔色卡的光谱反射率向量的主成分列向量，为光源光谱分布列向量，为探测器的光谱灵敏度向量，表示以相应向量元素为对角线元素的对角矩阵，上角标表示矩阵的转置；滤色器所述五通道滤色器透过率列向量构成的矩阵。
