[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

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• 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(jì)）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

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于圖像處理技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種壓縮光譜圖像重構(gòu)方法，可用于資源勘探、地質(zhì)災(zāi)害檢測和醫(yī)療診斷中的多光譜圖像獲取，提升圖像的空間分辨率。

背景技術(shù)

傳統(tǒng)多光譜圖像的獲取一般通過使用若干不同的光學(xué)濾波器或光照，并依賴于對場景的多次曝光技術(shù)實(shí)現(xiàn)。這樣的方式需要長時(shí)間曝光，且只適用于靜態(tài)場景，動(dòng)態(tài)場景的獲取則需要更短的曝光時(shí)間。

近年來，許多光譜重構(gòu)理論被提出，而基于壓縮感知CS的光譜重構(gòu)技術(shù)為光譜成像模式提供了新方法。該理論指出，在信號獲取的同時(shí)就對數(shù)據(jù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)膲嚎s。與傳統(tǒng)信號獲取的相比，在壓縮感知理論的框架下，采樣速率不再取決于信號的帶寬，使得成本大大降低。

美國杜克大學(xué)的學(xué)者設(shè)計(jì)并提出了壓縮編碼孔徑快照成像系統(tǒng)CASSI，該系統(tǒng)利用隨機(jī)編碼模板和色散元件，實(shí)現(xiàn)對光譜圖像的混疊觀測，再通過壓縮感知理論重構(gòu)出原始光譜數(shù)據(jù)。但是該方法由于會(huì)在空間維丟失一半的有效信息，因而導(dǎo)致最終重構(gòu)出的光譜圖像空間分辨率不高。

針對上述現(xiàn)象，王立志等人提出了基于全色成像的壓縮光譜成像方法，采用雙通道觀測，在原CASSI系統(tǒng)觀測的基礎(chǔ)上增加了全色通道觀測，該通道充分利用了光譜圖像的空間維信息，有效提升了光譜的空間分辨率。但該方法中的全色通道使用的是灰度圖像，沒有充分利用光譜圖像的譜間信息，以致譜間分辨率依然不高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種基于RGB通道的壓縮光譜成像系統(tǒng)及成像方法，以充分利用光譜圖像的譜間信息，提高重構(gòu)光譜圖像的分辨率。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明借鑒M.E.Gehm，R.Johm等人提出的CASSI系統(tǒng)，在原有的系統(tǒng)基礎(chǔ)上添加了RGB觀測，組成一個(gè)RGB和壓縮光譜通道的相結(jié)合的成像系統(tǒng)，其包括：

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，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，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(jìn)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包括：

分束器，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，用于獲取編碼之后的觀測圖像信息；

RGB觀測子模塊，包括第二透鏡組、第二濾波片和第二面陣探測器，該第二濾波片位于第二透鏡組的后端，第二面陣探測器位于第二濾波片的后端，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。

基于上述系統(tǒng)進(jìn)行成像的方法，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(jìn)行聚焦成像，得到光譜圖像X₁₁，再對光譜圖像X₁₁進(jìn)行隨機(jī)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(jìn)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(jìn)行搬移，使得光譜圖像的光束發(fā)生色散，實(shí)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(jìn)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。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)