[發明專利]基于全色和壓縮光譜成像的圖像超分辨率系統及方法

在審

• 申請號: 201510496793.5
• 申請日: 2015-08-13
• 公開（公告）號: CN105021280A
• 公開（公告）日: 2015-11-04
• 發明（設計）人: 劉丹華;耿學文;李超;陳超;高大化;石光明
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G01J3/28
• 分類號: G01J3/28
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 王品華;黎漢華

1.一種基于全色和壓縮光譜成像的圖像超分辨率系統，包括分束器(1)、兩個物鏡(2，8)、編碼模板(3)、兩個帶通濾波器(4，9)、中繼透鏡組(5)、雙阿西奇棱鏡(6)、兩個陣列傳感器(7，10)和圖像重構處理器(11)；分束器(1)位于兩個物鏡(2，8)的前端，作為分光器件；第一物鏡(2)，編碼模板(3)，第一帶通濾波器(4)，中繼透鏡組(5)，雙阿米奇棱鏡(6)，第一探測面陣(7)，構成第一光路通道C₁，其特征在于：

第二物鏡(8)，第二帶通濾波器(9)，第二探測面陣(10)，構成第二光路通道C₂，獲得用于修正重構圖像的全色光譜信息；

編碼模板(3)，采用隨機編碼方式，其碼元分為1和0，1表示透光，0表示不透光，且碼元數量是第一探測面陣(7)像素數量的2-9倍，使得第一面陣探測器中的一個探測單元能獲得編碼模板中2-9個碼元的通光量，為圖像超分辨重構提供更多的光譜空間信息。

2.根據權利要求1所述的基于全色和壓縮光譜成像的圖像超分辨率系統，其特征在于圖像重構處理器(11)包括：

稀疏基選取模塊，用于選取將光譜圖像投影到稀疏域的稀疏基，并將選取的稀疏基送至優化求解模塊；

光譜觀測圖像鄰域插值模塊，用于對壓縮光譜觀測圖像X₁和全色光譜觀測圖像X₂進行鄰域插值填充，得到與編碼模板(3)相同碼元數量的壓縮光譜觀測圖像y₁和全色觀測圖像y₂，并送至優化求解模塊；

優化求解模塊，用于對鄰域插值填充后的壓縮光譜觀測圖像y₁和全色觀測圖像y₂利用非線性的優化方法，求解光譜圖像在稀疏域的最小值，得到原始光譜信息X，將重構的原始光譜信息X的各個譜段進行疊加，獲得最后的超分辨率圖像X₀。

3.一種基于全色和壓縮光譜成像的圖像超分辨率方法，包括以下步驟：

(1)通過分束器將原始圖像的光譜信息X分成能量相同的兩束光束x₁₀和x₂₀，并分別進入第一光路通道C₁和第二光路通道C₂；

(2)獲取第一光路通道C₁的壓縮光譜觀測圖像X₁：

(2a)在第一光路通道C₁內通過第一物鏡對進入通道內的光束進行聚焦成像，獲得光譜圖像x₁₁；

(2b)對光譜圖像x₁₁進行隨機編碼，即將光譜圖像上的每一位置上的光束隨機遮擋，被遮擋的位置編碼為0，未遮擋的位置編碼為1，得到編碼后的光譜圖像x₁₂；

(2c)對編碼后的光譜圖像x₁₂進行光譜維濾波，濾除需要重構的光譜帶寬以外的光譜圖像的能量，得到濾波后的編碼光譜圖像x₁₃；

(2d)對濾波后的編碼光譜圖像x₁₃各光譜維的圖像在空間維的方向上進行搬移，即使得光譜圖像的光束發生色散，實現每一維光譜圖像之間相對位置發生變化，得到色散后的編碼光譜圖像x_14，其中，空間維的方向指行或列的方向；

(2e)第一探測面陣獲取編碼色散后的光譜圖像x₁₄，得到第一光路通道C₁壓縮光譜觀測圖像X₁；

(3)通過第二探測面陣獲取進入第二光路通道C₂的光譜圖像，得到第二光路通道C₂全色光譜觀測圖像X₂；

(4)根據第一光路通道C₁的壓縮光譜觀測圖像X₁和第二光路通道C₂的全色光譜觀測圖像X₂，利用非線性的優化方法重構原始光譜信息X，將重構的原始光譜信息X的各個譜段進行疊加，獲得最后的超分辨率圖像X₀。

4.根據權利要求3所述的基于全色和壓縮光譜成像的圖像超分辨率方法，其中所述步驟(4)利用非線性的優化方法重構原始光譜信息X，按如下步驟進行：

(4a)設定優化目標函數為min|/Ψ^TX||₁，其中T表示矩陣轉置，||·||₁表示對投影系數Ψ^TX取1范數，min(·)表示取1范數的最小值，Ψ為稀疏基；

(4b)將壓縮光譜觀測圖像X₁和全色光譜觀測圖像X₂進行鄰域插值填充，得到和編碼模板(3)碼元數量相同的壓縮光譜觀測圖像y₁和全色觀測圖像y₂，將壓縮光譜觀測圖像y₁和全色觀測圖像y₂拼接在一起，得到光譜觀測矩陣Y，Y＝{y₁，y₂}＝ΦX，Φ為觀測矩陣；

(4c)將光譜觀測矩陣Y＝ΦX作為約束條件；

(4d)聯立優化目標函數和約束條件，得出滿足約束條件Y＝ΦX，并且使Ψ^TX最小的X，即為原始光譜信息X。