[發(fā)明專利]基于RGB通道的壓縮光譜成像系統(tǒng)及成像方法在審
| 申請?zhí)枺?/td> | 201710473083.X | 申請日： | 2017-06-21 |
| 公開（公告）號： | CN107290055A | 公開（公告）日： | 2017-10-24 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 劉丹華;宋雪巖;高大化;石光明;郭宇飛 | 申請（專利權(quán)）人： | 西安電子科技大學(xué) |
| 主分類號： | G01J3/28 | 分類號： | G01J3/28;G01J3/02;G06T3/40 |
| 代理公司： | 陜西電子工業(yè)專利中心61205 | 代理人： | 王品華 |
| 地址： | 710071 陜*** | 國省代碼： | 陜西;61 |
| 權(quán)利要求書： | 查看更多 | 說明書： | 查看更多 |
| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 基于 rgb 通道 壓縮 光譜 成像 系統(tǒng) 方法 | ||
1.一種基于RGB通道的壓縮光譜成像系統(tǒng)，包括
光譜圖像觀測模塊(1)，用于獲得光譜圖像的壓縮編碼觀測圖像和RGB觀測圖像；
圖像重構(gòu)處理模塊(2)，用于將光譜圖像觀測模塊輸出的光譜圖像的壓縮編碼觀測和RGB觀測結(jié)果進行聯(lián)立融合后完成光譜圖像的重構(gòu)，獲得原始光譜圖像；
其特征在于：所述光譜圖像觀測模塊(1)包括：
分束器(11)，用于將光譜圖像的入射光束分成信息相同、方向不同的兩路光束；
壓縮光譜觀測子模塊(12)，用于獲取編碼之后的觀測圖像信息；
RGB觀測子模塊(13)，包括第二透鏡組(131)、第二濾波片(132)和第二面陣探測器(133)，該第二濾波片(132)位于第二透鏡組(131)的后端，第二面陣探測器(133)位于第二濾波片(132)的后端，用于觀測圖像，獲取RGB圖像信息，該RGB圖像信息包括第一面陣探測器記錄的光譜信息和丟失的光譜信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求書所說的系統(tǒng)，其特征在于，壓縮光譜觀測子模塊(12)包括第一透鏡組(121)、第一濾波片(122)、編碼模板(123)、中繼鏡(124)、色散元件(125)和第一面陣探測器(126)；
該第一濾波片(122)位于第一透鏡組(121)的后端，實現(xiàn)對光譜圖像的帶通濾波；
該編碼模板(123)位于第一濾波片(122)的后端，實現(xiàn)對光譜圖像的編碼；
該中繼鏡(124)位于編碼模板(124)的后端，用于平移光譜圖像的光譜維信息；該色散元件(125)位于的中繼鏡(124)后端，用于光譜圖像的色散；
該第一面陣探測器(126)位于色散元件(125)的后端，用于獲取編碼之后的觀測圖像。
3.一種基于RGB通道的壓縮光譜成像方法，包括：
1)將原始圖像的光譜信息X通過分束器后分成能量相同的兩束光束X10和X20；
2)獲取壓縮光譜觀測圖像Y1：
2a)對第一光束X10進行聚焦成像，得到光譜圖像X11，再對光譜圖像X11進行隨機編碼，得到編碼后的光譜圖像X12；
2b)對編碼后的光譜圖像X12進行光譜維濾波，濾除需要重構(gòu)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；
2c)對上述編碼光譜圖像X13的光譜維分量在空間維的方向上進行搬移，使得光譜圖像的光束發(fā)生色散，實現(xiàn)每一維光譜圖像之間相對位置的變化，得到色散后的編碼光譜圖像X14，其中，空間維的方向指行或列的方向；
2d)第一面陣根據(jù)色散后的編碼光譜圖像X14，得到壓縮光譜觀測圖像Y1；
3)對第二光束X20進行聚焦成像，得到光譜圖像X21，第二面陣根據(jù)獲取的光譜圖像X21，得到RGB觀測圖像Y2。
4)重構(gòu)光譜圖像：
4a)將觀測結(jié)果記為：Y＝AX，其中Y為Y1,Y2組合而成觀測圖像矩陣，A為線性算子，表示系統(tǒng)的觀測模型，X為原始光譜數(shù)據(jù)；
4b)將觀測圖像矩陣Y送至圖像重構(gòu)處理器，根據(jù)壓縮感知理論，利用非線性優(yōu)化方法重構(gòu)出光譜圖像信息X。
4.根據(jù)權(quán)利要求書3所述的方法，其特征在于，對光譜圖像X11進行隨機編碼，是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。
5.根據(jù)權(quán)利要求書3所述的方法，其特征在于，步驟4b)中利用非線性優(yōu)化方法重構(gòu)出光譜圖像信息X，按如下步驟進行：
4b1)設(shè)定優(yōu)化目標函數(shù)為min||ΨTX||1，其中T表示矩陣轉(zhuǎn)置，||·||1表示對投影系數(shù)ΨTX取1范數(shù)，min(·)表示取1范數(shù)的最小值，X為原始光譜圖像，Ψ為稀疏基，即光譜圖像X在稀疏基Ψ上的表示是稀疏的；
4b2)將光譜觀測矩陣Y＝AX作為約束條件；
4b3)聯(lián)立優(yōu)化目標函數(shù)和約束條件，得出滿足約束條件Y＝AX，并且使||ΨTX||1最小的光譜圖像X，即為原始光譜信息。
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