无人机 RGB-NIR 导航和 ISR 相机标定的多光谱积分球均匀光源

图1 无人机RGB CMOS 摄像头

无人机 (UAV) 使用 RGB CMOS 摄像头为其驾驶员提供视野，并为其人工智能 (AI) 计算机导航系统提供导航。在大多数情况下，这些摄像头必须“足够好”，驾驶员才能在合理的距离内看到并识别现实生活中的物体。在战术应用和越来越多的自主应用中，RGB 摄像头的连续数据流不仅用于导航，还用作任务期间周围活动的时间记录。这些时间序列视频对于识别场景中的活动非常有用，这些活动为关键决策提供背景和历史记录。

图2 UAV（无人机）

例如，无人机可以长时间（数小时）观察一个特定区域，并随着时间的推移“看到”人类正在重复进行的活动，这些活动可能意味着监视、行为模式或潜在危险的战术情况。摄像机可以在其分辨率范围内提供很好的缺席或存在记录，但现在，在许多情况下，观察到的场景的颜色和真实渲染成为了主要细节。汽车的真实颜色是什么？衬衫的真实颜色是什么？可能会影响是否找到正确目标的关键细节。持续长时间（8 小时以上）飞行意味着摄像机观察所处的光照条件不是恒定的，因为日光光谱会发生变化，天气条件也可能会改变光照条件。目前，这些RGB相机使用基本的方法(IQPC #)进行测试，该方法是为手机使用设计的，在实际使用条件下，无法呈现真实颜色。为此需要一种更好的方法来测试和验证这些摄像机的显色性，以提高任务视频的保真度并促进更好的决策能力。

图3 摄像机

商业挑战

客户目前正在使用由氙灯照射的 Macbeth ColorChecker 进行辐射颜色校准，如下所示。

图4 标准色卡

这大致模拟了“日光”照明条件 - 或 D65 (6500K)。该方案无法将较低或较高的色温（黎明、黄昏、阴天）或人造照明条件（路灯、前灯、建筑照明）考虑在内。 较好的解决方案是使用光谱可调积分球光源在实际光谱下照亮这些标准色卡，以验证真实环境条件下的相机性能。具体来说，客户想要在所有相关条件下对这些标准图卡的反射颜色进行光谱测量，然后对相机模拟每一种测量到的颜色。阴天、万里无云的天空、一天中的时间（黎明、黄昏）演变以及各种人为光源，只是测量标准图卡颜色时积分球均匀光源模拟的一部分。

图5 标准色卡不同颜色光谱反射率

对于客户来说，关键的颜色是Macbeth的颜色红色，绿色，蓝色，青色，黄色，品红，紫色，橙色。我们需要一种具有通用性的仪器来“学习”任何颜色，并快速复制这些光谱，并以绝对校准的x,y色度坐标球作为完整测试的连接点。这位顾客一直认为积分球实际上只能用来做一件事。

Labsphere （蓝菲光学）的解决方案

图6 蓝菲光学Labsphere积分球均匀光源

通过直接控制单个表面的光谱和强度，Labsphere（蓝菲光学） 的 CCS 积分球均匀光源（现升级为Spctra-FT 光谱可调积分球均匀光源）具有许多优势。

图7 蓝菲光学积分球均匀光源界面图

标准积分球光源系统采用16通道， 光谱“拟合”的改进或光谱范围的增加，可以通过具有更多通道的光引擎来实现。 定制系统采用 24 通道光引擎，并通过选择光源优化所需光谱。 客户只需提供在相关照明下测得的反射光谱。

CCS 提供了一个mathematical solver，可以将系统光谱通道拟合为与测量的色谱最接近的光谱和幅度匹配。 解决后，可以非常准确地保存和访问新的测试光谱。 光谱可以在不到一秒的时间内切换，从而能够在宽范围颜色和条件下进行快速测试。

优点

• 用于战术和制导摄像机的真实颜色、真实光谱、真实条件验证

• 模拟光谱的准确 x、y、渲染值

• 光谱引擎变化可涵盖可见光谱、400-900nm 或以上

• 光谱solver可在几分钟内导入和创建光谱。

• 热稳定和直流电流稳定的 LED 技术，可提供数千小时的绝对校准操作

• 紧凑外形，便于生产或研发

• 易于对系统进行编程以直接或远程控制

• 光谱之间切换速度快，稳定性<1 秒