一种基于先验图像引导的快照式光谱成像系统重构方法技术方案

本发明专利技术公开一种基于先验图像引导的快照式光谱成像系统重构方法，采用快照式光谱成像系统对目标场景进行拍摄，得到三维高光谱图像和RGB图像；预设快照式光谱成像系统的硬件编码模型，包括硬件编码器和色散棱镜，硬件编码器通过物理编码掩模和色散棱镜的协同作用将三维高光谱图像调制为二维压缩测量值；将RGB图像作为先验图像，设计基于先验图像语义相似度的正则化项，根据正则化项和二维压缩测量值创建三维高光谱图像的重构模型；通过乘法器交替方向算法对三维高光谱图像的重构模型求解，得到重构的三维高光谱图像。该方法在数据保真度上表现出优异的性能。度上表现出优异的性能。度上表现出优异的性能。

【技术实现步骤摘要】
一种基于先验图像引导的快照式光谱成像系统重构方法


[0001]本专利技术属于高光谱计算成像领域，特别涉及一种基于先验图像引导的快照式光谱成像系统重构方法。

技术介绍

[0002]相较于RGB图像，高光谱图像包含丰富的空间和光谱信息，已经被应用到环境监控、地质勘探、航空航天和医学检测等多个领域。高光谱成像技术可以对目标场景进行连续的光谱采样，主要包括点扫描式、线扫描式与光谱扫描式。由于点扫描、线扫描、滤光式光谱成像存在对机械硬件要求高，成像速度慢等难题，基于快照式的高光谱成像技术引起了学界与业界广泛的兴趣。基于压缩感知的编码孔径快照式成像技术是高光谱计算成像中具有代表性的工作，快照式光谱成像技术无需扫描，一次拍摄便能完成高光谱成像，将拍摄的高光谱数据三维立方体转化为二维压缩测量值，具有成像速度快、数据传输方便的优点。
[0003]快照式光谱成像主要由硬件编码器和软件解码器两部分组成。硬件编码器通过物理编码掩模和棱镜的协同作用将光谱场景调制为二维压缩测量值。软件解码器通过重建算法根据二维压缩测量值重构出三维高光谱图像。如何从二维压缩测量值中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于先验图像引导的快照式光谱成像系统重构方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：S1、采用快照式光谱成像系统对目标场景进行拍摄，得到三维高光谱图像和RGB图像；S2、预设快照式光谱成像系统的硬件编码模型，所述硬件编码模型包括硬件编码器和色散棱镜，所述硬件编码器通过物理编码掩模和色散棱镜的协同作用将三维高光谱图像调制为二维压缩测量值；S3、设计基于先验图像语义相似度的正则化项，根据所述正则化项和所述二维压缩测量值创建三维高光谱图像的重构模型；S4、通过乘法器交替方向算法对所述三维高光谱图像的重构模型求解，得到重构的三维高光谱图像。2.如权利要求1所述的基于先验图像引导的快照式光谱成像系统重构方法，其特征在于，所述S2具体为：S21、通过固定编码孔径对所述三维高光谱图像进行调制，得到空间编码的数据立方体；S22、通过色散棱镜对所述空间编码的数据立方体进行光谱编码，得到光谱编码立方体；S23、对所述光谱编码立方体进行压缩，得到二维压缩测量值。3.如权利要求2所述的基于先验图像引导的快照式光谱成像系统重构方法，其特征在于，所述S3具体为：S31、将所述RGB图像作为先验图像；S32、计算三维高光谱图像和RGB图像分别基于L1范数的总变分的差值，并对所述总变分的差值取优化上限，得到基于先验图像语义相似度的正则化项；S33、通过所述二维压缩测量值和所述基于先验图像语义相似度的正则化项，得到三维高光谱图像的重构模型。4.如权利要求3所述的基于先验图像引导的快照式光谱成像系统重构方法，其特征在于，所述S4具体为：S41、引入辅助变量，对所述三维高光谱图像的重构模型进行转化，得到转化后的三维高光谱图像的重构模型；S42、将转化后的三维高光谱图像的重构模型构建为增广拉格朗日函数，使用乘法交替方向算法得出所述转化后的三维高光谱图像的重构模型的解的表达式；S43、预设迭代次数，计算迭代次数内所有转化后的三维高光谱图像的重构模型的解，选取所述解中图像质量指标值最大者输出，作为重构的三维高光谱图像。5.如权利要求4所述的基于先验图像引导的快照式光谱成像系统重构方法，其特征在于，所述S21中得到空间编码的数据立方体，具体为：X
′
＝C
⊙
X式中，X'表示空间编码的数据立方体，X表示三维高光谱图像，其中H，W表示三维高光谱图像的高度和宽度，B表示光谱通道，C表示物理掩模,
⊙
表示乘积。6.如权利要求5所述的基于先验图像引导的快照式光谱成像系统重构方法，其特征在
于，所述S22中得到光谱编码立方体，具体为：X
″

【专利技术属性】
技术研发人员：张辉，陈煜嵘，胡非易，苏学叁，袁小芳，毛建旭，王耀南，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：