将RGB像素转换为波长

Question

我需要识别从光源（光谱仪）发出的光谱。 为此，我需要将每个像素转换为波长。

为了克服RGB值没有单个值的问题，我将使用棱镜，以便获得光学晶格。这样，我就接收了光谱的部署，光谱的差异只是沿着X轴。

我的问题是，如何将像素转换为波长并接收作为波长函数的强度图。

Answer 1

1. 您必须从wavelength位置获取x

   你不能从颜色计算波长，因为两者不是同一个东西。首先，您应该使用已知波长校准您的光谱仪。从推断功能：

   wavelength = f(x)
   

   通过 LUT 和插值，或通过近似多项式。有关详细信息，请参阅：

   • Piecewise cubic interpolation
   • Reverse complex 2D lookup table虽然你只需要1D案例

   您可以使用太阳光作为参考，并根据已知光谱（Fraunhofer）线进行校准。首先是example I found on google：

   

   所以拍摄/拍摄我的照片：

   

   交叉匹配Fraunhofer lines（较暗的线条，提防过度指示的图像，他们可以搞砸了，强度是R+G+B没有重量，我们不希望人类感知像转换）并制作一个已知波长表x图像中的位置。从中插入您的wavelength = f(x)。

   正如你所看到的，太阳光谱的照片或多或少与参考光谱相匹配（差异是由于光栅材料，拜耳滤镜，相机属性，云和大气等等）。有些Fraunhofer线路不容易通过局部最小值检测到，因此可能会有一些用户帮助GUI样式开始时更好。

   但请注意，WEB上的大多数光谱图像都是错误的或非线性的或移位的！所以我确保从线性光谱数据like this创建参考光谱，这里的结果400-700 [nm]：

   

   这里有情节：

   

   灰线是400-700 nm的栅格，步长为10 nm。

   以下是您的设置应如下所示：

   

   这是来自我的光谱范围的图像（查看我的LCD上的白色区域）：

   

   我正在使用由DVD制成的光栅，因此是圆弧形状。现在，如果您的相机相对于棱镜处于固定位置，那么对于选定的水平线，像素的x位置直接对应于特定波长。

   如果你没有看到任何Fraunhofer线，那么你就会在棱镜/光栅之前缺少光圈。我通常使用由薄纸设置的0.1 mm距离的2个剃刀刀片。如果图像没有聚焦，则需要在相机/传感器之前添加镜头，或者在外部光线下添加更多屏蔽。

   正如我前面提到的那样你不能从颜色中获得波长，因为有无限的＆＃34;输入光谱的组合创建相同的RGB响应。例如，采用白色......它可以由3种或更多种不同的波长组成，甚至是连续的白噪声。所以从RGB你不能分辨它是哪一个...如果你还添加了x位置与棱镜/光栅的组合，那么你可以得到波长，但它会比仅仅{{{}的直接转换更复杂，更精确1}}位置......

2. 从RGB计算强度

   这可能有点棘手，因为您的传感器可能对不同波长具有不同的灵敏度。您可以将强度标准化为与＃1 类似。只需拍摄已知强度的光源并近似检测缺失的波长。这也可以使用Sunlight作为源

   来完成

   从标准化颜色中，您只需计算灰度强度即可。

   为了提高准确度，您可以对同一x的所有像素进行平均。

   为了提高准确度和灵敏度，通常使用非颜色传感器（主要是线性相机），无论是设计还是删除Bayer filter，这样就不会弄乱数据。

3. 绘制数据

   x轴上的

   是波长，y轴上是强度。如果您想应用光谱颜色，可以使用：

   • RGB values of visible spectrum

注意校准数据可能随温度而变化......

Answer 2

晚会。但这是一个准确（接近科学方法）的想法，将传感器像素的RGB转换为波长图中的强度值。

1. 获取已知波长的光源。

发射带宽越窄越好。激光器适用于此类要求，但也要注意功率并确保它不超过图像传感器限制。最好用三种波长（红色，绿色，蓝色）校准测量系统。理想情况下，当使用红色激光时，读出原始图像并查找像素的绿色和蓝色通道上的任何电荷累积。 （因为每个像素都有拜耳滤波器模式）。如果累积太高，可以考虑使用质量好的图像传感器。然后，遵循Noel Segura Meraz建议的HSV方法。对捕获的图像使用垂直分级。只需在传感器阵列中添加列的强度值，就可以进行垂直分级。使用这三种激光器校准系统后，混合并匹配它们以验证插值功能是否正常工作。

1. 获取图像传感器中像素的波长效率

如果无法从图像传感器的规格表中获取此信息，则在图像传感器之前的光学设置中引入一个薄的垂直狭缝，从而仅选择特定波长。获取每个波长的所有垂直分级强度值，以表征您的图像传感器。薄的狭缝不应该太薄以至于引入光的衍射效应。 如果图像传感器对于每个波长具有几乎相同的强度值，则它将具有很大的特性。使用此数据来缩放从步骤1获得的波长与强度图。

1. 在光学设置之前使用宽带输入光源以充分利用光谱

虽然您要实现的目标是完全有效的，但它并不是一个高度精确的仪器系统，因此研究人员/行业不会使用它。在真正的光谱仪中，使用衍射光栅（主要），光栅上的线之间的距离和入射角用于计算CCD传感器（或任何线性阵列的光传感器）上的波长的扩展。事实）。通常，调整该角度以实现所需的波长扩展而不损失分辨率。这是一个example from Andor来设计一个系统及其产品。

Answer 3

如果我理解你想要达到的目标，那就是可行的（有点），但需要校准。

首先，您希望使用hsv空间，可以使用rgb2hsv

执行此操作

在HSV空间，＆＃39; V＆＃39;或者＆＃39;价值＆＃39;会给你一个给定像素的光强度。这将是您想要绘制的值，以便获得您显示的图形。您可以获得每列像素的平均值，或者只分析中心行，无论哪种方式对你更有效。

现在，有趣的部分。如何获取图形的x轴值。从理论上讲，你的棱镜会将光线分成特定的波长，每一个都有一个独特的“H”光。或者＆＃39;色调＆＃39;价值，由

相关

Hue = (650 - wavelength)*240/(650-475)

有关它的更多信息here

但是这只适用于理想的照明条件，如果你的相机足够灵敏，而且它的ccd有真正的绿色，红色和蓝色，我不知道如何测试。更不用说您将在显示器中看到的波长也取决于显示器的校准，因此我不相信它。

您可以通过＆＃39; S＆＃39;的值来检查每个像素的纯度和理想程度。或者＆＃39;饱和度＆＃39;越高越好。

我建议您做什么，手动校准。查看您的光谱并用铅笔或其他颜色标记您知道其波长的标记，然后使用这些标记来定义图形的x轴。

我忘了提一下，你只需要进行一次校准，一旦你知道哪个波长与你的相机中的色调有关，你就可以自动进行设置，甚至可以scatter(hue_wavelenght,value)所有像素都可以工作

Answer 4

我会开始尝试反转this code，这与你想要的完全相反。最后的东西（% LET THE INTENSITY SSS FALL OFF NEAR THE VISION LIMITS）与你的情况无关，它试图重现人类的感知。

如果你真的想要一个准确的运行系统，你需要建立某种校准过程，大多数相机不是很准确，进一步的行为会根据温度等因素而变化，所以你必须重复它。

您是否也使用位置来识别波长？将所有设置都固定在固定位置，您可以在表面上进行数学处理，每个波长都会结束。剩下要做的是建立一些将像素与波长相关联的校准图，一些工作要做，但将所有内容都固定在一个固定的设置中，这是一个校准，你只需做一次。另一个优点是，一旦您在表面上书写了刻度，您就可以轻松获取文档并验证感测数据。