滤色器选取方法、装置以及电子设备与流程

1.本技术涉及多光谱成像的图像技术领域，尤其涉及一种滤色器选取方法、装置以及电子设备。


背景技术：

2.对典型的多光谱成像系统而言，窄带滤色器的设计目标通常有两类，其一为多光谱物质识别，旨在测量被探测物质的特征波长对应的光谱响应；其二为多光谱彩色成像，旨在获取和重建整个可见光范围内成像目标的光谱信息，以达到不同光照下颜色重现时，消除传统彩色成像技术条件下普遍存在的同色异谱的目的。由于人眼在可见光谱段的光谱分辨力有限的特点，可以认为自然场景物体表面反射率时光滑的，从而，自然场景的高维光谱就可被少数几个光谱通道的光谱图像简单表达。多光谱彩色成像，就是从可见光范围内少数几个光谱通道的场景图像重建出成像场景的高维光谱来，然而，数学上这个过程却是个病态的。消除多光谱彩色成像中数学病态现象的方法，称为光谱灵敏度优化。通过在大量透过率不同的滤色片集合中选取滤色片是光谱灵敏度优化的一种常见方法，目前为止，对在多光谱彩色成像领域，宽带滤色片选择较为成熟，窄带滤色片的选取方法较少。


技术实现要素：

3.本技术实施例提供了一种滤色器选取方法、装置以及电子设备，可以简化最优滤色器的选取过程，提高最优滤色器的计算效率。所述技术方案如下：第一方面，本技术实施例提供了一种滤色器选取方法，所述方法包括：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的光谱透过率向量子集，每个光谱透过率向量子集包括至少一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；基于所述目标数量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；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构反射率向量；获取各所述成像目标对应的测量反射率向量，计算各所述重构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；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。
4.第二方面，本技术实施例提供了一种滤色器选取装置，所述装置包括：第一获取模块，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的光谱透过率向量子集，每个光谱透过率向量子集包括至少一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；
第二计算模块，用于基于所述目标数量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；第三计算模块，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构反射率向量；第四计算模块，用于获取各所述成像目标对应的测量反射率向量，计算各所述重构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；第五计算模块，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目标滤色器。
5.第三方面，本技术实施例提供了一种电子设备，可包括：存储器和处理器；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存储器加载并执行上述的方法步骤。
6.本技术实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：本技术实施例的方案在执行时，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的光谱透过率向量子集，每个光谱透过率向量子集包括至少一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，基于所述目标数量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，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构反射率向量，获取各所述成像目标对应的测量反射率向量，计算各所述重构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，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。本技术通过改变高斯型窄带滤色片透过率曲线中的中心波长和光谱带宽，得到大量的高斯型窄带滤色片，再对这些大量的高斯型窄带滤色片进行优化选择得到少量的高斯型窄带滤色片，减小了选取高斯型窄带滤色片所需的计算量，再从少量的高斯型窄带滤色片中选取高性能的滤色片组合成最优滤色器，可以简化最优滤色器的选取过程，可以提高最优滤色器的计算效率，还可以使得最优滤色器同时具备光谱重建、颜色重现等多方面的高性能表现。
附图说明
7.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
8.图1是本技术实施例提供的一种滤色器选取方法的流程示意图；图2是本技术实施例提供的一种典型高斯型窄带滤色片对应的透过率向量曲线的峰值波长和带宽的示意图；图3（a）是本技术实施例提供的一种高斯型滤色片对应的光谱透过率曲线示意图；图3（b）是本技术实施例提供的一种相机的光谱响应向量示意图；图4是本技术实施例提供的另一种滤色器选取方法的流程示意图；图5是本技术实施例提供的一种4-8通道窄带最优高斯型滤色器的透过率曲线示
意图；图6（a）是本技术实施例提供的一种通道数目为4-8的最佳滤色器各自对应的峰值信噪比的平均性能示意图；图6（b）是本技术实施例提供的一种通道数目为4-8的最佳滤色器各自对应的光谱吻合度指数的平均性能示意图；图6（c）是本技术实施例提供的一种通道数目为4-8的最佳滤色器各自对应的均方差指标的平均性能示意图；图6（d）是本技术实施例提供的一种通道数目为4-8的最佳滤色器各自对应的cie2000色差公式的平均性能示意图；图7是本技术实施例提供的一种滤色器选取装置的结构示意图；图8是本技术实施例提供的一种电子设备的结构示意图。
具体实施方式
9.为使得本技术实施例的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而非全部实施例。基于本技术中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
10.在本技术的描述中，需要理解的是，术语“第一”、
ꢀ“
第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。此外，在本技术的描述中，除非另有说明，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
11.随着窄带滤色片相关的镀膜工艺发展，使得在可见光范围内，窄带滤色片的中心波长和光谱带宽的多样变化有了可能，从而为利用窄带滤色片实现光谱灵敏度优化成为可能。对多光谱彩色成像系统而言，滤色器的物理形态有滤色片轮、彩色滤色片阵列（color filter array，cfa）、多光谱滤色片阵列（multispectral filter array，msfa）等，其中前者分立元件滤色器，通常置于成像光路，后两者通常紧贴芯片集成于成像传感器的前方。然而，无论滤色器的物理形态如何，窄带滤色器的光谱透过率均可表示为高斯函数，从而其光谱透过曲线形状由中心波长（center wavelength，cw）和光谱带宽（full width at half maximum，fwhm）两个参数确定。存在的问题是，由所有中心波长和光谱带宽可变的高斯型滤色片透过率样本组成的样本总体巨大，如遍历所有可能滤色片组合构成的滤色器，必然给优化计算带来困难。
12.下面结合具体的实施例对本技术进行详细说明。
13.在下述方法实施例中，为了便于说明，仅以各步骤的执行主体为电子设备进行介绍说明。
14.请参见图1，为本技术实施例提供的一种滤色器选取方法的流程示意图。如图1所示，本技术实施例的所述方法可以包括以下步骤：s101，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的光谱透过率向量子集，每个光谱透过率向量子集包括至少一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。
15.其中，高斯型滤色片指的是，其对应的光谱透过率曲线为高斯型函数的窄带滤色片。各高斯型滤色片分别对应的光谱透过率向量指的是各高斯型滤色片分别对应的光谱透过率曲线。
16.可以理解的是，高斯型窄带滤色片的光谱透过率曲线，所对应的公式为，其中，给定光谱范围，在该光谱范围内均匀取值，中心波长和光谱带宽为常量，可参见图2，图2为典型高斯型窄带滤色片对应的透过率向量曲线的峰值波长和带宽示意图。通过改变常量和常量的值，即可得到多个高斯型滤色片分别对应的光谱透过率向量。
17.在申请实施例中，上述光谱范围，取值为[400nm，700nm]；中心波长的取值方式为：在400nm到700nm的光谱范围内每隔5nm进行取值；光谱带宽的取值方式为：在10nm到80nm的光谱范围内每隔5nm进行取值。也就是说，通过以上取值方式，可以得到915个不同的中心波长和光谱带宽组合而成的高斯型滤色片对应的光谱透过率向量。可参见图3（a），图3（a）为上述取值方式中以550nm为中心波长的15个高斯型滤色片对应的光谱透过率曲线示意图。
[0018]
进一步的，从各光谱透过率向量中选取目标数量的光谱透过率向量子集，也就是说，从各光谱透过率向量中选取出目标数量个光谱透过率向量子集，而每个光谱透过率向量子集对应的高斯型滤色片，是多个高斯型滤色片的组合，而每个组合又可以组成一个初始滤色器，每个初始滤色器中包括和通道数相同数量的高斯型滤色片，通道数指的是多光谱成像的通道数。而在本技术实施例中，目标数量可以设置为915，具体选取方式可以是：遍历预设通道中的第一通道，从915个光谱透过率向量中选取第一光谱透过率向量作为第一通道的优选光谱透过率向量，预设通道可以包括第一通道、第二通道......还有第n通道，n为大于3的自然数，每个通道中包括915个光谱透过率向量；遍历第二通道，基于第一光谱透过率向量，从915个光谱透过率向量中选取除第一光谱透过率向量之外的第二光谱透过率向量作为第二通道的优选光谱透过率向量；按照上述方式，遍历下一通道；当遍历到第n通道时，基于第一光谱透过率向量至第n-1光谱透过率向量，从915个光谱透过率向量中选取除第一光谱透过率向量至第n-1光谱透过率向量之外的第n光谱透过率向量作为第n通道的优选光谱透过率向量。按照以上选取方式，针对每一个第一光谱透过率向量，都可以选取出
与之对应的第二光谱透过率向量......还有与之对应的第n光谱透过率向量，而第一光谱透过率向量、第二光谱透过率向量......还有第n光谱透过率向量可以组成一个光谱透过率向量子集。由于第一光谱透过率向量有915个选择，那么则可以得到915个不同的光谱透过率向量子集，也就是优化选择出915个初始滤色器。需要说明的是，当预设通道包括n个通道时，比如说，1通道、2通道、3通道、4通道、5通道以及6通道这6个通道，以上描述的第一通道可以是上述6个通道中的任意一个通道，并非限制为1通道，第n通道亦是如此。
[0019]
s102，基于所述目标数量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。
[0020]
具体的，在本技术实施例中，多光谱相机响应函数指的是公式：，其中，为各成像目标对应的测量反射率向量，为光源的光源向量，为多光谱相机的光谱灵敏度，为每个初始滤色器对应的光谱透过率向量子集，为高斯加性噪声。表示由对应向量元素构成的对角矩阵，表示矩阵的转置，为以列存储各通道成像响应值的多光谱相机的响应向量。将以上参数分别代入多光谱相机响应函数对应的公式，即可得到各成像目标在每个初始滤色器下的多光谱相机相应向量。对于公式中的参数，至于，本技术实施例采用的是孟塞尔色卡的1269个颜色分别对应的1269个光谱反射率向量的样本集；至于，采用的是basler302f相机的光谱响应向量，可参见如图3（b）所示的示意图；至于，采用信噪比分别为200db、 50db、 47db、 43db、 40db、 37db、 33db、30db、 27db、 23db的10个噪声。
[0021]
s103，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构反射率向量。
[0022]
具体的，在本技术实施例中，计算各成像目标在每个初始滤色器下的重构反射率，采用的公式为：，其中，，为各成像目标光谱反射率的主成分列向量构成的矩阵，所述主成分向量可由1269个光谱反射率样本经matlab的svd函数计算得出。就为步骤s102中计算得到的各成像目标在每个初始滤色器下的多光谱相机响应向量。
[0023]
s104，获取各所述成像目标对应的测量反射率向量，计算各所述重构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。
[0024]
具体的，在本技术实施例中，预设误差参数可以包括峰值信噪比（peak signal-to-noise ratio，psnr）、光谱吻合度指数（goodness of fit，gfc）、cie2000色差公式（cie color difference formula 2000，ciede2000）以及均方差（mean square erro，mse）。以上误差参数的计算方式为本领域技术人员所熟知的计算公式，在此不再赘述。可以理解的是，对于每个初始滤色器来说，可以得到孟塞尔色卡的1269个重构反射率向量，因此，可以计算
出每个预设误差参数下的1269对测量反射率向量和重构反射率之间的误差值。
[0025]
s105，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。
[0026]
具体的，在本技术实施例中，评分方式可以是：首先，计算每个初始滤色器中所有成像目标分别在各预设误差参数下的误差均值。也就是说，对于每个初始滤色器来说，可以得到每个预设参数下孟塞尔色卡的1269个误差值，因此可以计算出每个预设参数下1269个误差值的误差均值。其次，基于各预设误差参数的排列顺序和各误差均值，计算每个初始滤色器在各预设误差参数下的评分。由于每个预设误差参数的评价不一致，比如psnr和gfc的值越大，得分越高，ciede2000和mse的值越小，得分越高，那么每个初始滤色器会有4个预设误差参数分别对应的4个误差均值，将这4个误差均值分别按照预设误差参数各自对应的评分策略进行评分，就可以得到每个初始滤色器关于4个预设误差参数的评分值。最后，计算每个初始滤色器在各预设误差参数的评分总和，将评分总和最大值对应的初始滤色器作为目标滤色器。也就是说，将每个初始滤色器得到的关于4个预设误差参数的评分值进行求和，找出求和结果最大的初始滤色器，那么该初始滤色器就为最优滤色器。
[0027]
本技术实施例的方案在执行时，通过改变高斯型窄带滤色片透过率曲线中的中心波长和光谱带宽，得到大量的高斯型窄带滤色片，再对这些大量的高斯型窄带滤色片进行优化选择得到少量的高斯型窄带滤色片，减小了选取高斯型窄带滤色片所需的计算量，再从少量的高斯型窄带滤色片中选取高性能的滤色片组合成最优滤色器，简化了最优滤色器的选取过程，可以提高最优滤色器的计算效率，还可以使得最优滤色器同时具备光谱重建、颜色重现等多方面的高性能表现。
[0028]
请参见图4，为本技术实施例提供的一种滤色器选取方法的流程示意图。如图4所示，本技术实施例的所述方法可以包括以下步骤：s401，在预设光谱取值范围内获取各中心波长，并从所述各中心波长中确定第一中心波长。
[0029]
具体的，在本技术实施例中，预设光谱取值范围是[400nm，700nm]，取各中心波长，是在这个光谱取值范围每隔5nm取一个值，比如，中心波长可以取400nm、405nm、410nm、415nm、420nm、425nm、430nm、435nm......直至700nm，共61个值。进一步的，从上述各中心波长中确定第一中心波长，可以随机取上述任意一个中心波长作为第一中心波长。
[0030]
s402，在预设光谱带宽取值范围内获取各光谱带宽，并从所述各光谱带宽中确定第一光谱带宽。
[0031]
具体的，在申请实施例中，预设光谱带宽取值范围是[10nm，80nm]，取各光谱带宽，是在这个光谱带宽取值范围每隔5nm取一个值，比如，光谱带宽可以取10nm、15nm、20nm、25nm、30nm......直至80nm，共15个值。进一步的，从上述各光谱带宽中确定第一光谱带宽，可以随机取上述任意一个光谱带宽作为第一光谱带宽。
[0032]
s403，将所述第一中心波长作为高斯型滤色片透过率曲线函数中的中心波长，并且将所述第一光谱带宽作为所述高斯型滤色片透过率曲线函数中的光谱带宽，得到各高斯型滤色片分别对应的光谱透过率向量。
[0033]
具体的，在本技术实施例中，高斯型滤色片透过率曲线函数可参见图1中步骤s101的公式，而将第一中心波长作为公式中，将第一光谱带宽作为公式中的，第一中心波
长可以有61个值，第一光谱带宽可以有15个值，因此可以得到915个不同中心波长和光谱带宽的高斯型滤色片各自对应的915个光谱透过率向量。
[0034]
s404，遍历预设通道中的第一通道，从目标数量的光谱透过率向量中选取第一光谱透过率向量作为所述第一通道对应的优选光谱透过率向量，所述预设通道包括n个通道，n为大于3的自然数，每个通道中包括所述目标数量的所述光谱透过率向量。
[0035]
其中，预设通道指的是，在多光谱彩色成像时，从可见光范围内选取几个预设的光谱通道。在本技术实施例中，预设通道的数量可以设置为4个、5个、6个、7个、8个等。
[0036]
其中，在本技术实施例中，目标数量为915。
[0037]
具体的，以预设通道的数量为6个为例对该步骤进行解释说明，预设通道可以包括1通道、2通道、3通道、4通道、5通道以及6通道，而第一通道可以是这6个通道中的任意一个，假如选取的第一通道是2通道，对于2通道来说，当公式中的取2通道对应的波长范围内的值时，2通道是存在步骤s403中的915个光谱透过率向量的。同理，对于其他通道来说，当取各通道分别对应的波长范围内的值时，各通道都存在s403中的915个光谱透过率向量的。当从2通道对应的915个光谱透过率向量中选取第一光谱透过率向量作为第一通道的优选光谱透过率向量时，可以从915个光谱透过率向量中任意选取1个光谱透过率向量（即第一光谱透过率向量），将这个光谱透过率向量作为2通道中的优选光谱透过率向量。可以理解的是，对于2通道来说，可以有915个第一光谱透过率向量。
[0038]
s405，遍历所述预设通道中的第二通道，基于所述第一光谱透过率向量，从所述目标数量的所述光谱透过率向量中选取除所述第一光谱透过率向量之外的第二光谱透过率向量作为所述第二通道对应的优选光谱透过率向量。
[0039]
具体的，在步骤s404的举例基础上，对该步骤进行解释说明，假如第二通道为3通道，对于3通道来说，当公式中的取3通道对应的波长范围内的值时，3通道是存在步骤s403中的915个光谱透过率向量的。由于，从第一通道中，已经选取了915个光谱透过率向量中的1个第一光谱透过率向量，在3通道中，需要在915个光谱透过率向量中选取除1个第一光谱透过率向量之外的914个光谱透过率向量中选取1个光谱透过率向量，而这里的选取可以任意选取一个，因此可以有914个选择。进一步的，可以由第一光谱透过率向量分别和这914个光谱透过率向量构成914个两列的矩阵，光谱透过率向量作为列向量。进一步的，可以计算这914个矩阵各自对应的条件数，选取条件最小的矩阵，将条件数最小的矩阵对应的光谱透过率向量作为第二光谱透过率向量，该第二光谱透过率向量就可以作为3通道中的优选光谱透过率向量。
[0040]
s406，按照上述方式，遍历所述预设通道中的下一通道，当遍历到所述预设通道中的第n通道时，基于所述第一光谱透过率向量至第n-1光谱透过率向量，从所述目标数量的所述光谱透过率向量中选取除所述第一光谱透过率向量至所述第n-1光谱透过率向量之外的第n光谱透过率向量作为所述第n通道对应的优选光谱透过率向量。
[0041]
具体的，在步骤s405的举例基础上，对该步骤进行解释说明，假如第三通道为4通道，当公式中的取4通道对应的波长范围内的值时，4通道是存在步骤s403中的915个光
谱透过率向量的。由于，从第一通道中，已经选取了915个光谱透过率向量中的1个第一光谱透过率向量，从第二通道中，已经选取了914个光谱透过率向量中的1个第二光谱透过率向量，而在4通道中，需要在915个光谱透过率向量中选取除第一光谱透过率向量和第二光谱透过率向量之外的913个光谱透过率向量中选取1个光谱透过率向量，而这里的选取可以任意选取一个，因此可以有913个选择。进一步的，可以由第一光谱透过率向量、第二光谱透过率向量分别和这913个光谱透过率向量构成913个三列的矩阵，光谱透过率向量作为列向量。进一步的，可以计算这913个矩阵各自对应的条件数，选取条件最小的矩阵，将条件数最小的矩阵中对应的光谱透过率向量作为第三光谱透过率向量，该第三光谱透过率向量就可以作为4通道中的优选光谱透过率向量。按照上述方式，对6个通道中剩下的3个通道进行遍历，最后就可以得到第一光谱透过率向量、第二光谱透过率向量、第三光谱透过率向量、第四光谱透过率向量、第五光谱透过率向量、第六光谱透过率向量。
[0042]
s407，由每个通道各自对应的优选光谱透过率向量组成所述目标数量的光谱透过率向量子集，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。
[0043]
具体的，在步骤s406的举例基础上，对该步骤进行解释说明，当执行完步骤s406时，由将第一光谱透过率向量、第二光谱透过率向量、第三光谱透过率向量、第四光谱透过率向量、第五光谱透过率向量、第六光谱透过率向量组成一个光谱透过率向量子集，而一个光谱透过率向量又对应一个滤色片，因此，可以得到由6个通道的高斯型滤色片所组成的初始滤色器。又因为，在选取第一光谱透过率向量时，可以有915个选择，那么在本技术实施例中，则可以得到915个初始滤色器。
[0044]
s408，基于所述目标数量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。
[0045]
具体的，可参见图1中的步骤s102，在此不再赘述。
[0046]
s409，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构反射率向量。
[0047]
具体的，可参见图1中的步骤s103，在此不再赘述。
[0048]
s410，获取各所述成像目标对应的测量反射率向量，计算各所述重构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。
[0049]
具体的，可参见图1中的s104，在此不再赘述。
[0050]
s411，计算所述每个初始滤色器中所有成像目标分别在各预设误差参数下的误差均值。
[0051]
在本技术实施例中，分别计算出了每个初始滤色器下所有成像目标的重构反射率向量和测量反射率之间的误差值，也就是说，每个初始滤色器，对每个预设误差参数而言，都存在1269个误差值，那么可以计算出1269个误差值的均值，作为每个初始滤色器在每个预设误差下的误差均值。
[0052]
s412，基于所述各预设误差参数的排列顺序和各所述误差均值，计算所述每个初始滤色器在所述各预设误差参数下的评分。
[0053]
具体的，各预设误差参数的排列顺序指的是，各预设误差参数的评分顺序，比如，对psnr、gfc进行评分时，需要将其对应的误差均值按照从大到小的排列顺序，给排在第一位的赋最高分，给后位的赋分时，分值依次递减；对ciede2000和mse进行评分时，需要将其
对应的误差均值按照从小到大的排列顺序，给排在第一位的赋最高分，给后位的赋分时，分值依次递减。比如，当对915个初始滤色器在psnr维度进行评分时，可以将这915个初始滤色器各自对应的误差均值按照从大到小的顺序排列，对排在第1位的初始滤色器赋915分，对排在第2位的初始滤色器赋914分，对排在第3位的初始滤色器赋913分，对排在第4位的初始滤色器赋912分......还有对排在第5位的初始滤色器赋1分。同理，可以按照该方法得到915个初始滤色器分别在gfc维度的评分，得到915个初始滤色器分别在ciede2000维度的评分，得到915个初始滤色器分别在mse的评分。
[0054]
s413，计算所述每个初始滤色器在所述各预设误差参数的评分总和，将所述评分总和最大值对应的初始滤色器作为目标滤色器。
[0055]
具体的，由s412可以得到915个初始滤色器分别在4个预设误差参数下的评分，那么可以计算出915个初始滤色器关于4个预设误差参数的评分总和，找出915个初始滤色器中的评分总和最大值，将评分总和最大值对应的初始滤色器作为目标滤色器，也就是最优滤色器。可参见图5，图5为4-8通道最优滤色器的透过率曲线示意图。另外，可参见表1，表1列出了各最优滤色器中各通道滤色片的中心波长和光谱带宽，可以看出，在一个最优滤色器中，中心波长的分布并非严格均匀分布，同时各滤色片的通道光谱带宽也并非严格相等。传统上，最优滤色器的选取时采取的所谓原则，如中心波长等间隔分布、光谱带宽相等等等，理论和实验依据显然不足。
[0056]
表1最优滤色器中各通道滤色片的中心波长和光谱带宽除此之外，还可参见图6（a）、图6（b）、图6（c）、图6（d），分别示出了通道数目为4、5、6、7、8时的最佳滤色器在10个噪声等级下的平均性能。由图6（a）可以看出，随着通道数的增加，峰值信噪比的值呈增加趋势；由图6（b）可以看出，随着通道数的增加，光谱吻合度指数的值呈减小趋势；由图6（c）可以看出，均方差的值在通道数为4-7之间，是呈减小趋势的；由
图6（d）可以看出，随着通道数的增加，cie2000色差公式的值呈减小趋势。考虑到图6中的结果是对 10 个噪声水平的性能评估的平均值，平均过程可能会掩盖一些实质性的事实。因此，我们以5通道系统为例，推导出10个噪声水平下的4个评价指标的结果，可参见表2，表2列出了通道数目为5的最佳滤色器在不同噪声水平下，得到的优化滤色器的各性能评价指标，表2 中的 ave 表示平均值， std表示标准差。从表2可以看出，在10 个不同的噪声水平下，mse的值之间的差异最大，最大值与最小值之比值（36.6 / 2.98 = 12.3）达到12倍以上，高出一个数量级；至于其他三个参数，10个不同的噪声水平下，它们的值之间并没有太大的差异，仍然在一个数量级之内。因此，可以看出，在一定的噪声水平下，最优滤色器可同时满足多光谱彩色成像时的光谱重建和颜色重现等多方面的性能要求。
[0057]
表2 不同噪声水平下5通道最优滤色器的性能评价指标本技术实施例的方案在执行时，通过改变高斯型窄带滤色片透过率曲线中的中心波长和光谱带宽，得到大量的高斯型窄带滤色片，再对这些大量的高斯型窄带滤色片进行优化选择得到少量的高斯型窄带滤色片，减小了选取高斯型窄带滤色片所需的计算量，再从少量的高斯型窄带滤色片中选取高性能的滤色片组合成最优滤色器，简化了最优滤色器的选取过程，可以提高最优滤色器的计算效率，使得最优滤色器在不同噪声水平下同时满足多光谱彩色成像时的光谱重建和颜色重现等多方面的性能要求。另外，本技术还为高斯型窄带滤色片的选取提供了技术框架，为滤色器中各滤色片中心波长和光谱通道带宽的设置提供了理论和实验支撑。
[0058]
请参见图7，为本技术实施例提供的一种滤色器选取装置的结构示意图。将滤色器选取装置可以通过软件、硬件或者两者的结合实现成为电子设备的全部或一部分。滤色器选取装置包括：第一获取模块710，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的光谱透过率向量子集，每个光谱透过率向量子集包括至少一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；第二计算模块720，用于基于所述目标数量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；
第三计算模块730，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构反射率向量；第四计算模块740，用于获取各所述成像目标对应的测量反射率向量，计算各所述重构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；第五计算模块750，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目标滤色器。
[0059]
可选的，第一获取模块710包括：第一选取单元，用于在预设光谱取值范围内获取各中心波长，并从所述各中心波长中确定第一中心波长；第二选取单元，用于在预设光谱带宽取值范围内获取各光谱带宽，并从所述各光谱带宽中确定第一光谱带宽；第三选取单元，用于将所述第一中心波长作为高斯型滤色片透过率曲线函数中的中心波长，并且将所述第一光谱带宽作为所述高斯型滤色片透过率曲线函数中的光谱带宽，得到各高斯型滤色片分别对应的光谱透过率向量。
[0060]
可选的，第一获取模块710包括：第四选取单元，用于遍历预设通道中的第一通道，从目标数量的光谱透过率向量中选取第一光谱透过率向量作为所述第一通道对应的优选光谱透过率向量，所述预设通道包括n个通道，n为大于3的自然数，每个通道中包括所述目标数量的所述光谱透过率向量；第五选取单元，用于遍历所述预设通道中的第二通道，基于所述第一光谱透过率向量，从所述目标数量的所述光谱透过率向量中选取除所述第一光谱透过率向量之外的第二光谱透过率向量作为所述第二通道对应的优选光谱透过率向量；第六选取单元，用于按照上述方式，遍历所述预设通道中的下一通道，当遍历到所述第n通道时，基于所述第一光谱透过率向量至第n-1光谱透过率向量，从所述目标数量的所述光谱透过率向量中选取除所述第一光谱透过率向量至所述第n-1光谱透过率向量之外的第n光谱透过率向量作为所述第n通道对应的优选光谱透过率向量；第七组合单元，用于由每个通道各自对应的优选光谱透过率向量组成所述目标数量的光谱透过率向量子集所述目标数量的光谱透过率向量子集。
[0061]
可选的，第五计算模块750包括：第一计算单元，用于计算所述每个初始滤色器中所有成像目标分别在各预设误差参数下的误差均值；第二计算单元，用于基于所述各预设误差参数的排列顺序和各所述误差均值，计算所述每个初始滤色器在所述各预设误差参数下的评分；第三计算单元，用于计算所述每个初始滤色器在所述各预设误差参数的评分总和，将所述评分总和最大值对应的初始滤色器作为目标滤色器。
[0062]
可选的，第二计算模块720包括：。
[0063]
其中，为各成像目标对应的测量反射率向量，为光源的光源向量，为
多光谱相机的光谱灵敏度，为所述每个初始滤色器对应的所述光谱透过率向量子集，为高斯加性噪声。表示由对应向量元素构成的对角矩阵，表示矩阵的转置，为以列存储各通道成像响应值的多光谱相机的响应向量。
[0064]
可选的，第三计算模块730包括：。
[0065]
其中，，为各成像目标光谱反射率的主成分列向量构成的矩阵，所述主成分向量可由1269个光谱反射率样本经matlab的svd函数计算得出。
[0066]
本技术实施例的方案在执行时，通过改变高斯型窄带滤色片透过率曲线中的中心波长和光谱带宽，得到大量的高斯型窄带滤色片，再对这些大量的高斯型窄带滤色片进行优化选择得到少量的高斯型窄带滤色片，减小了选取高斯型窄带滤色片所需的计算量，再从少量的高斯型窄带滤色片中选取高性能的滤色片组合成最优滤色器，简化了最优滤色器的选取过程，可以提高最优滤色器的计算效率，还可以使得最优滤色器同时具备光谱重建、颜色重现等多方面的高性能表现。
[0067]
请参考图8，图8为本技术实施例提供的一种电子设备的结构示意图。如图8所示，电子设备可以包括：至少一个处理器，至少一个网络接口，用户接口，存储器，至少一个通信总线。
[0068]
其中，通信总线用于实现这些组件之间的连接通信。
[0069]
其中，用户接口可以包括显示屏（display）、摄像头（camera），可选用户接口还可以包括标准的有线接口、无线接口。
[0070]
其中，网络接口可选的可以包括标准的有线接口、无线接口（如wi-fi接口）。
[0071]
其中，处理器可以包括一个或者多个处理核心。处理器利用各种借口和线路连接整个电子设备内的各个部分，通过运行或执行存储在存储器内的指令、程序、代码集或指令集，以及调用存储在存储器内的数据，执行电子设备的各种功能和处理数据。可选的，处理器可以采用数字信号处理（digital signal processing，dsp）、现场可编程门阵列（field-programmable gate array，fpga）、可编程逻辑阵列（programmable logic array，pla）中的至少一种硬件形式来实现。处理器可集成中央处理器（central processing unit，cpu）和调制解调器等中的一种或几种的组合。其中，cpu主要处理操作系统和应用程序等。可以理解的是，上述调制解调器也可以不集成到处理器中，单独通过一块芯片进行实现。
[0072]
其中，存储器可以包括随机存储器（random access memory，ram），也可以包括只读存储器（read-only memory）。可选的，该存储器包括非瞬时性计算机可读介质（non-transitory computer-readable storage medium）。存储器可用于存储指令、程序、代码、代码集或指令集。存储器可包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储用于实现操作系统的指令、用于至少一个功能的指令（比如触控功能、声音播放功能、图像播放功能等）、用于实现上述各个方法实施例的指令等；存储数据区可存储上面各个方法实施例中涉及到的数据等。存储器可选的还可以是至少一个位于远离前述处理器的存储装置。如图8
所示，作为一种计算机存储介质的存储器中可以包括操作系统、网络通信模块、用户接口模块以及滤色器选取方法的程序。
[0073]
在图8所示的电子设备中，用户接口主要用于为用户提供输入的接口，获取用户输入的数据；而处理器可以用于调用存储器中存储的滤色器选取方法的程序，并具体执行以下操作：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的光谱透过率向量子集，每个光谱透过率向量子集包括至少一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；基于所述目标数量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；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构反射率向量；获取各所述成像目标对应的测量反射率向量，计算各所述重构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；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。
[0074]
在一个实施例中，处理器在执行所述获取各高斯型滤色片分别对应的光谱透过率向量的步骤时，具体执行以下操作：在预设光谱取值范围内获取各中心波长，并从所述各中心波长中确定第一中心波长；在预设光谱带宽取值范围内获取各光谱带宽，并从所述各光谱带宽中确定第一光谱带宽；将所述第一中心波长作为高斯型滤色片透过率曲线函数中的中心波长，并且将所述第一光谱带宽作为所述高斯型滤色片透过率曲线函数中的光谱带宽，得到各高斯型滤色片分别对应的光谱透过率向量。
[0075]
在一个实施例中，处理器在执行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的步骤时，具体执行以下操作：遍历预设通道中的第一通道，从目标数量的光谱透过率向量中选取第一光谱透过率向量作为所述第一通道对应的优选光谱透过率向量，所述预设通道包括n个通道，n为大于3的自然数，每个通道中包括所述目标数量的所述光谱透过率向量；遍历所述预设通道中的第二通道，基于所述第一光谱透过率向量，从所述目标数量的所述光谱透过率向量中选取除所述第一光谱透过率向量之外的第二光谱透过率向量作为所述第二通道对应的优选光谱透过率向量；按照上述方式，遍历所述预设通道中的下一通道；当遍历到所述预设通道中的第n通道时，基于所述第一光谱透过率向量至第n-1光谱透过率向量，从所述目标数量的所述光谱透过率向量中选取除所述第一光谱透过率向量至所述第n-1光谱透过率向量之外的第n光谱透过率向量作为所述第n通道对应的优选光谱透过率向量；由每个通道各自对应的优选光谱透过率向量组成所述目标数量的光谱透过率向
量子集。
[0076]
在一个实施例中，处理器在执行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的步骤时，具体执行以下操作：计算所述每个初始滤色器中所有成像目标分别在各预设误差参数下的误差均值；基于所述各预设误差参数的排列顺序和各所述误差均值，计算所述每个初始滤色器在所述各预设误差参数下的评分；计算所述每个初始滤色器在所述各预设误差参数的评分总和，将所述评分总和最大值对应的初始滤色器作为目标滤色器。
[0077]
在一个实施例中，处理器在执行所述基于所述目标数量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的步骤时，具体执行以下公式：。
[0078]
其中，为各成像目标对应的测量反射率向量，为光源的光源向量，为多光谱相机的光谱灵敏度，为所述每个初始滤色器对应的所述光谱透过率向量子集，为高斯加性噪声。表示由对应向量元素构成的对角矩阵，表示矩阵的转置，为以列存储各通道成像响应值的多光谱相机的响应向量。
[0079]
在一个实施例中，处理器在执行所述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构反射率向量的步骤时，具体执行以下公式：。
[0080]
其中，，为各成像目标光谱反射率的主成分列向量构成的矩阵，所述主成分向量可由1269个光谱反射率样本经matlab的svd函数计算得出。
[0081]
在一个实施例中，所述预设误差参数包括峰值信噪比、光谱吻合度指数、色差公式以及均方差中的至少一种。
[0082]
除此之外，本领域技术人员可以理解，上述附图所示出的电子设备的结构并不构成对电子设备的限定，电子设备可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。比如，电子设备中还包括射频电路、音频电路、wifi组件、电源、蓝牙组件等部件，在此不再赘述。
[0083]
本技术实施例还提供了一种计算机程序产品，该计算机程序产品存储有至少一条指令，所述至少一条指令由所述处理器加载并执行以实现如上各个实施例所述的滤色器选取方法。
[0084]
本领域技术人员应该可以意识到，在上述一个或多个示例中，本技术实施例所描述的功能可以用硬件、软件、固件或它们的任意组合来实现。当使用软件实现时，可以将这些功能存储在计算机可读介质中或者作为计算机可读介质上的一个或多个指令或代码进
行传输。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质，其中通信介质包括便于从一个地方向另一个地方传送计算机程序的任何介质。存储介质可以是通用或专用计算机能够存取的任何可用介质。
[0085]
以上所述仅为本技术的可选实施例，并不用以限制本技术，凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。