image - 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 值没有单一值的问题，我将使用棱镜来获得光学晶格。这样，我收到了频谱的部署，频谱的差异仅沿 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

你必须从 wavelength 位置 得到 x
您不能从颜色计算波长，因为两者不是一回事。所以首先你应该用已知的波长校准你的光谱仪。从那个推断函数:

wavelength = f(x)

通过 LUT 和插值，或通过近似多项式。有关更多信息，请参阅:

Piecewise cubic interpolation

Reverse complex 2D lookup table 虽然你只需要一维案例

您可以使用太阳光作为引用，并根据已知的光谱 (Fraunhofer) 线进行校准。这里首先 example I found on google :



所以在我这里拍摄/绘制阳光:



交叉匹配 Fraunhofer lines (较暗的线，当心过度曝光的图像，它们可能会搞砸，强度也是 R+G+B 没有重量，我们不希望人类感知像转换)并制作一张已知波长 x 图像中位置的表格。从中插入您的 wavelength = f(x) 。

正如你所看到的，我拍摄的太阳光谱或多或少与引用光谱相匹配(差异是由于光栅 Material 、拜耳滤光片、相机属性、云和大气等造成的……)。弗劳恩霍夫线如何不容易被局部最小值检测到，所以可能是一些用户辅助 GUI 样式将是一个更好的开始。

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偏移的!!! 所以为了确保我从线性化光谱数据 like this 和这里的结果 400-700 [nm] 创建了一个引用光谱:



这里的情节:



灰线是 400-700 nm 的网格，步长为 10 nm。

以下是您的设置应如下所示:



这是来自我的光谱仪的图像(查看我的 LCD 上的白色区域):



我使用的是由 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。

如果您没有看到任何 Fraunhofer 线，那么您在棱镜/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 Razor 片。如果您的图像失焦，您需要在相机/传感器之前添加镜头，或者添加更多的外部光线屏蔽。

正如我之前提到的 您无法从颜色 中获取波长，因为输入光谱的“无限”组合会产生相同的 RGB 响应。例如，采用白色......它可以由 3 个或更多不同的波长组成，甚至可以由连续的白噪声组成。所以从RGB你无法分辨它是哪一个......如果你还加上棱镜/光栅组合的x位置，那么你可以获得波长，但它会更复杂，更不精确，然后直接从 x位置转换...

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的波长具有不同的灵敏度。您可以将强度归一化，类似于 #1 。只需拍摄已知强度的光源并估算丢失的波长即可。这也可以用阳光作为光源来完成

从标准化颜色中，您只需计算灰度强度即可。

为了提高准确性，您可以对相同 x 的所有像素进行平均。

此外，为了提高准确性和灵敏度，通常会通过设计或删除 Bayer filter 来使用非颜色传感器(主要是线性相机)，这样它就不会弄乱数据。

绘制数据

x轴是波长，y轴是强度。如果要应用光谱颜色，可以使用:

RGB values of visible spectrum

请注意校准数据可能会随温度变化...