基于双相机的高光谱低秩张量融合计算成像方法技术

本发明专利技术公开了一种基于双相机的高光谱低秩张量融合计算成像方法，包括：通过光谱压缩测量装置获取压缩光谱测量数据；利用全色相机装置获取高分辨全色图像；构造两路数据感知的前向测量算子，建立融合计算成像保真约束；结合全色图像非局部相似性，构造非局部高光谱图像块的4阶张量队列秩约束；建立自适应非局部低秩张量正则化模型；采取交替方向迭代算法计算获得高空间和光谱分辨率成像。本发明专利技术突破传统扫描成像方式，采取新型计算成像优化模型，不需要复杂的光谱成像器件，能够有效地学习空间、光谱和非局部模式的相关性，缓解高光谱成像的高空间分辨率和高光谱分辨率的矛盾，实现高信噪比、高光谱保真成像。

【技术实现步骤摘要】
基于双相机的高光谱低秩张量融合计算成像方法
本专利技术属于计算摄像学领域，尤其涉及一种基于双相机的高光谱低秩张量融合计算成像方法。
技术介绍
近年来，高光谱图像在环境监测、军事侦察、医疗诊断等军用及民用领域都有重大的研究和应用前景。如何获得高质量的高光谱图像是光谱成像技术研究的重要方向。传统扫描方式，大都需要时序的扫描策略去捕获完整的三维光谱数据，这种成像方式比较耗时，硬件昂贵，且很难实现空间维和光谱维的高分辨率成像。最近基于压缩感知理论的计算成像方式得到了快速的发展，这种成像方式能从远少于传统成像方式所需的数据中复原高光谱图像。而其中压缩光谱测量装置与全色相机结合的双相机光谱成像系统受到了广泛的关注和研究，其中如何从两路采样数据中高精度地计算成像成为了问题的关键。此外，目前比较典型的压缩光谱测量装置有编码孔径快照光谱成像仪(WagadarikarA,JohnR,WillettR,etal.Singledisperserdesignforcodedaperturesnapshotspectralimaging[J].AppliedOptics,本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于双相机的高光谱低秩张量融合计算成像方法，其特征在于，包括以下步骤：/n建立压缩光谱测量装置，获取压缩测量光谱数据；/n采取全色相机装置，获取全色图像；/n构造两路数据感知的前向测量算子，包括光谱感知光路前向测量算子和全色感知光路前向测量算子；/n构造融合计算成像保真约束；/n构造非局部高光谱张量低秩约束，即结合全色图像非局部相似性，构造非局部高光谱图像块的4阶张量队列秩约束；/n建立自适应非局部低秩张量正则化模型；/n交替方向乘子法迭代优化求解，输出计算成像结果。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于双相机的高光谱低秩张量融合计算成像方法，其特征在于，包括以下步骤：
建立压缩光谱测量装置，获取压缩测量光谱数据；
采取全色相机装置，获取全色图像；
构造两路数据感知的前向测量算子，包括光谱感知光路前向测量算子和全色感知光路前向测量算子；
构造融合计算成像保真约束；
构造非局部高光谱张量低秩约束，即结合全色图像非局部相似性，构造非局部高光谱图像块的4阶张量队列秩约束；
建立自适应非局部低秩张量正则化模型；
交替方向乘子法迭代优化求解，输出计算成像结果。


2.根据权利要求1所述的基于双相机的高光谱低秩张量融合计算成像方法，其特征在于，所述的压缩光谱测量装置主要由物镜、带通滤波器、编码孔径、色散棱镜、中继镜和探测器组成，该光路信号先经过随机伯努利矩阵的编码孔径的编码；通过带通滤波器进行滤波，限制光谱的范围；编码和滤波后的图像经由中继镜传播到色散棱镜后，不同波段的图像会沿着水平方向作不同程度的偏移；最后，所有波段的图像在探测器上进行叠加，得到二维的压缩光谱测量数据。


3.根据权利要求1所述的基于双相机的高光谱低秩张量融合计算成像方法，其特征在于，所述的构造光谱感知光路前向测量算子的方法为：将目标场景的高光谱图像表示为M，N和L分别表示高、宽和光谱模式的大小，则高光谱图像X上任意一点的像素值为x(i,j,l)，满足1≤i≤M，1≤j≤N和1≤l≤L，其中i和j表示空间坐标大小，l表示光谱坐标大小，压缩光谱测量装置的数学模型可表示为：



其中，Gc(i,j)是在探测器位置(i,j)上的强度，Rc(l)表示该探测器的光谱响应函数，T(i,j)表示编码孔径的传播函数，S(l)表示由色散棱镜引起的偏移函数；
因此，光谱压缩测量模型可建立为
Gc＝Φc(X)+νc(2)其中，为压缩测量数据，Φc表示光谱感知前向测量算子，νc表示高斯白噪声。


4.根据权利要求1所述的压缩光谱测量装置与全色相机结合的高光谱低秩张量计算成像方法，其特征在于，所述的构造全色感知光路前向测量算子的方法为：
全色相机光路中，没有编码孔径和色散棱镜的影响，其数学模型表示为



式中，Gp(i,j)表示全色图像中像素点(i,j)的强度，Rp(l)为该探测器的光谱响应函数，则建立全色感知光路的观测模型为：
Gp＝Φp(X)+νp(4)
其中，表示全...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁正辉，汪顺清，肖亮，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32