一种面向高光谱信息采集传输的一体化系统和方法技术方案

本发明专利技术提供一种面向高光谱信息采集传输的一体化系统和方法，所述系统包括：图像采集模块，所述图像采集模块包括光传递模块和成像模块，所述光传递模块分束器、多个透镜和掩码板，所述成像模块包括相机，所述分束器和多个透镜用于对成像光线进行传递，所述掩码板用于对不同波段的成像光线进行编码，所述相机采集成像光线生成灰度图像；编码模块，对所述输入图像进行双残差变换，并进行平铺处理，得到一维码流；光传输模块，所述光传输模块包括将一维码流转化为光信号，并传输至解码模块；解码模块，所述解码模块包括光谱信息重建网络模块，所述光谱信息重建网络模块将图像重建为高光谱图像。光谱图像。光谱图像。

【技术实现步骤摘要】
一种面向高光谱信息采集传输的一体化系统和方法


[0001]本专利技术涉及光成像通信
，尤其涉及一种面向高光谱信息采集传输的一体化系统和方法。

技术介绍

[0002]高光谱图像简而言之就是三维立体图像，不同于黑白图片是单通道，彩色图片RGB三通道，高光谱图像的通道数是由波段数决定的，图像的长宽与正常图片相同，但包含了几十甚至上百个波段的信息。比如对一个物体进行高光谱成像，使用200*200像素并且选择300个波段，那么最终成像结果是200*200*300的三维立体图像，随着对高光谱图像信息获取需求的急速增长，高光谱成像技术在过去几十年中迅速发展。
[0003]但是由于高光谱图像巨大的信息量，对于已有的数字通信系统的传递效率较低，现有的数字通信系统传递效率较低，无法支持实时传输。

技术实现思路

[0004]鉴于此，本专利技术的实施例提供了一种面向高光谱信息采集传输的一体化系统，以消除或改善现有技术中存在的一个或更多个缺陷。
[0005]本专利技术的一个方面提供了一种面向高光谱信息采集传输的一体化系统，所述系统包括：图像采集模块，所述图像采集模块包括光传递模块和成像模块，所述光传递模块分束器、多个透镜和掩码板，所述成像模块包括相机，所述分束器和多个透镜用于对成像光线进行传递，所述掩码板用于对不同波段的成像光线进行编码，所述相机采集成像光线生成灰度图像；编码模块，所述编码模块包括双残差特征变换网络模块和特征平铺模块，所述双残差特征变换网络模块用于接收输入图像，并对所述输入图像进行双残差变换，所述特征平铺模块用于对接收到的图像进行平铺处理，得到一维码流；光传输模块，所述光传输模块包括将一维码流转化为光信号，并传输至解码模块；解码模块，所述解码模块包括光谱信息重建网络模块，所述光谱信息重建网络模块包括两个重建单元和一个上采样层，所述上采样层的输入和输出端各连接一个重建单元，所述重建单元由顺序连接的卷积层和激活函数层构成，所述光谱信息重建网络模块将图像重建为高光谱图像。
[0006]采用上述方案，本方案首先通过所述掩码板对不同波段的成像光线进行编码压缩，使相机采集到的是压缩灰度图像，将灰度图像通过编码模块进行编码，并通过光传输模块传输至解码模块，所述解码模块通过光谱信息重建网络模块将图像恢复为高光谱图像，本方案在传输过程中仅需要对灰度图像进行传输，并可以将图像恢复为高光谱图像，在保证图像质量的前提下提高了传递效率，保证图像的实时传输。
[0007]在本专利技术的一些实施方式中，所述双残差特征变换网络模块用于接收输入图像，
并对所述输入图像进行双残差变换的步骤中，将所述相机采集成像光线生成的灰度图像和掩码板对应的掩码图像组合为输入图像。
[0008]在本专利技术的一些实施方式中，所述灰度图像与掩码图像的像素格一一对应，在将所述相机采集成像光线生成的灰度图像和掩码板对应的掩码图像组合为输入图像的步骤中，将灰度图像的像素格与掩码图像中对应的像素格的像素格一一对应相乘，并将得到的图像复制预设个数次，得到预设个数个通道的输入图像。
[0009]在本专利技术的一些实施方式中，所述光传递模块包括顺序设置的第一透镜、分束器、第二透镜、棱镜、第三透镜和掩码板，所述成像光线通过第一透镜、分束器、第二透镜、棱镜和第三透镜到达掩码板，再从掩码板反射通过第三透镜、棱镜、第二透镜和分束器，由所述分束器将成像光线传递到成像模块。
[0010]在本专利技术的一些实施方式中，所述编码模块包括顺序设置的双残差特征变换网络模块、特征压缩编码层模块、特征抗噪增强层模块和特征平铺模块。
[0011]在本专利技术的一些实施方式中，所述双残差特征变换网络模块的结构包括下采样层和多个残差单元，每个残差单元均有顺序设置的卷积层和激活函数层组成，所述下采样层连接于最后一个残差单元之前；所述特征压缩编码层模块的结构为一个卷积层；所述特征抗噪增强层模块包括一个最大池化层、两个全连接层和两个激活函数层，所述特征抗噪增强层模块的结构为顺序设置的最大池化层、全连接层、激活函数层、全连接层和激活函数层；所述特征平铺模块将接入的多通道图像中每个通道的图像均平铺为一段一维码流。
[0012]在本专利技术的一些实施方式中，所述解码模块包括顺序设置的二维排布模块、特征解压缩层模块和光谱信息重建网络模块。
[0013]在本专利技术的一些实施方式中，所述二维排布模块用于将接入的每段一维码流均重建为一个通道的图像，并将多段一维码流重建为多通道图像；所述特征压缩编码层模块的结构为一个卷积层。
[0014]在本专利技术的一些实施方式中，所述光传输模块包括发射端模块、光链路模块和接收端模块；所述发射端模块包括任意波形生成器、放大器和马赫曾德尔调制器，所述任意波形生成器输入端接入一维码流，所述任意波形生成器的输出端与放大器的输入端相连接，所述放大器的输出端与马赫曾德尔调制器的输入端相连接，所述马赫曾德尔调制器的输出端与光链路模块相连接，向光链路模块输出一维码流所对应的光信号；所述光链路模块包括传输光纤和光纤放大器，所述光纤放大器的输入端和输出端均连接有传输光纤，处于所述光纤放大器的输入端的传输光纤与发射端模块相连接，处于所述光纤放大器的输出端的传输光纤与接收端模块相连接；所述接收端模块包括光电探测器和数字采样示波器，所述光电探测器的输入端接入光信号，所述光电探测器的输出端与数字采样示波器的输入端相连接，所述光电探测器用于将光信号转化为电信号，所述数字采样示波器用于采集电信号对应的一维码流。
[0015]在本专利技术的一些实施方式中，所述发射端模块还包括与马赫曾德尔调制器相连接
的激光器和偏置控制器；所述激光器用于向马赫曾德尔调制器输出光载波；所述偏置控制器用于控制功率。
[0016]本专利技术的另一个方面提供了一种应用上述系统的面向高光谱信息采集传输的一体化方法，所述方法的步骤包括：通过图像采集模块接入所述成像光线，所述图像采集模块包括光传递模块和成像模块，通过所述光传递模块的分束器、多个透镜和掩码板对成像光线进行传递，所述掩码板用于对不同波段的成像光线进行编码，并通过所述相机采集成像光线生成灰度图像；编码模块接入灰度图像，通过所述编码模块的双残差特征变换网络模块对输入图像进行双残差变换，再基于所述编码模块的特征平铺模块用于对接收到的图像进行平铺处理，得到一维码流；将所述一维码流输入到光传输模块，所述光传输模块将编码字符串转化为光信号传输至解码模块；所述解码模块接收光传输模块传递的光信号，基于所述解码模块的光谱信息重建网络模块重建高光谱图像，所述光谱信息重建网络模块包括两个重建单元和一个上采样层，所述上采样层的输入和输出端各连接一个重建单元，所述重建单元由顺序连接的卷积层和激活函数层构成。
[0017]本专利技术的附加优点、目的，以及特征将在下面的描述中将部分地加以阐述，且将对于本领域普通技术人员在研究下文后部分地变得明显，或者可以根据本专利技术的实践而获知。本专利技术的目的和其它优点可以通过在说明书以及附图中具体指出并获得。
[0018]本领域技术人员本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种面向高光谱信息采集传输的一体化系统，其特征在于，所述系统包括：图像采集模块，所述图像采集模块包括光传递模块和成像模块，所述光传递模块分束器、多个透镜和掩码板，所述成像模块包括相机，所述分束器和多个透镜用于对成像光线进行传递，所述掩码板用于对不同波段的成像光线进行编码，所述相机采集成像光线生成灰度图像；编码模块，所述编码模块包括双残差特征变换网络模块和特征平铺模块，所述双残差特征变换网络模块用于接收输入图像，并对所述输入图像进行双残差变换，所述特征平铺模块用于对接收到的图像进行平铺处理，得到一维码流；光传输模块，所述光传输模块包括将一维码流转化为光信号，并传输至解码模块；解码模块，所述解码模块包括光谱信息重建网络模块，所述光谱信息重建网络模块包括两个重建单元和一个上采样层，所述上采样层的输入和输出端各连接一个重建单元，所述重建单元由顺序连接的卷积层和激活函数层构成，所述光谱信息重建网络模块将图像重建为高光谱图像。2.根据权利要求1所述的面向高光谱信息采集传输的一体化系统，其特征在于，所述双残差特征变换网络模块用于接收输入图像，并对所述输入图像进行双残差变换的步骤中，将所述相机采集成像光线生成的灰度图像和掩码板对应的掩码图像组合为输入图像。3.根据权利要求2所述的面向高光谱信息采集传输的一体化系统，其特征在于，所述灰度图像与掩码图像的像素格一一对应，在将所述相机采集成像光线生成的灰度图像和掩码板对应的掩码图像组合为输入图像的步骤中，将灰度图像的像素格与掩码图像中对应的像素格的像素格一一对应相乘，并将得到的图像复制预设个数次，得到预设个数个通道的输入图像。4.根据权利要求1所述的面向高光谱信息采集传输的一体化系统，其特征在于，所述光传递模块包括顺序设置的第一透镜、分束器、第二透镜、棱镜、第三透镜和掩码板，所述成像光线通过第一透镜、分束器、第二透镜、棱镜和第三透镜到达掩码板，再从掩码板反射通过第三透镜、棱镜、第二透镜和分束器，由所述分束器将成像光线传递到成像模块。5.根据权利要求1所述的面向高光谱信息采集传输的一体化系统，其特征在于，所述编码模块包括顺序设置的双残差特征变换网络模块、特征压缩编码层模块、特征抗噪增强层模块和特征平铺模块。6.根据权利要求5所述的面向高光谱信息采集传输的一体化系统，其特征在于，所述双残差特征变换网络模块的结构包括下采样层和多个残差单元，每个残差单元均有顺序设置的卷积层和激活函数层组成，所述下采样层连接于最后一个残差单元之前；所述特征压缩编码层模块的结构为一个卷积层；所述特征抗噪增强层模块包括一个最大池化层、两个全连接层和两个激活函数层，所述特征抗噪增强层模块的结构为顺序设置的最大池化层、全连接层、激活函数层、全连接层和激...

【专利技术属性】
技术研发人员：于振明，程黎明，黄宏宇，周月，赵海英，徐坤，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：