[發明專利]基于低分辨率先驗信息互補編碼的場景重建方法和系統

有效

• 申請號: 202110116368.4
• 申請日: 2021-01-28
• 公開（公告）號: CN112802136B
• 公開（公告）日: 2022-11-15
• 發明（設計）人: 許廷發;張宇寒;秦慶旺;王茜;吳聰;梁棟;李偉森
• 申請（專利權）人: 北京理工大學重慶創新中心
• 主分類號: G06T9/00
• 分類號: G06T9/00
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產權代理有限公司 51214
• 代理人: 封浪

本發明公開了一種基于低分辨率先驗信息互補編碼的場景重建方法和系統。過程包括利用壓縮光譜成像系統分別加載快照式編碼模板和隨機編碼模板對場景成像，獲取場景的低分辨率光譜信息和壓縮編碼信息；根據場景的低分辨率光譜信息和壓縮觀測信息，獲取場景的互補壓縮編碼信息；將場景的壓縮觀測信息與互補壓縮編碼信息作為約束項，加入重構場景的目標函數；根據設置的求解方法，求解目標函數，解出原始的場景信息。本發明在觀測次數較少時，相比傳統的隨機編碼方法，重構質量更好；對于不同光譜波段，相比傳統的隨機編碼方法，重構圖像的質量更穩定、更好。并且，本發明在重構過程中，互補編碼信息作為額外的約束項，充分利用了低分辨率先驗信息，提高了重構場景信息的質量。

技術領域

本發明涉及壓縮光譜成像技術領域，尤其是一種基于低分辨率先驗信息互補編碼的場景重建方法和系統。

背景技術

在科研和實際應用中，學者們和技術人員都渴望有一種理論或技術能在現有的高光譜成像理論和系統的基礎上做更進一步的改進，以獲得更高的光譜分辨率或空間分辨率并同時兼顧數據采集和傳輸問題。壓縮感知理論的出現，給解決這一類問題提供了新的理論指導。壓縮感知理論(Compressive Sampling or Compressed Sensing，CS)能夠從遠少于傳統采樣的觀測值數量中恢復出完整的原始信號，為高維數據的獲取提供了一種更加經濟的新方法。它可以應用到一維的光譜數據采集，從較少的光譜觀測值恢復出遠多于觀測值的光譜觀測點，可以解決光譜分辨率不足的問題；進一步推廣到二維圖像應用，可以從圖像的角度以較少的采樣點多次觀測圖像，提高空間分辨率的同時突破探測器的制造技術或者成本限制；在三維數據的儲存和傳輸階段，利用高光譜數據的冗余度高，可壓縮性好的特點，可直接儲存原始數據，再利用壓縮感知方法壓縮需要傳輸的數據，或者直接獲取壓縮后的空間或光譜數據進行儲存或者傳輸，再在其他處理階段利用相應算法恢復原始數據。在過去的十多年里，壓縮感知理論已經多次被應用在了光譜成像領域，例如編碼孔徑快照光譜成像儀(Coded Aperture Snapshot Spectral Imager，CASSI)，壓縮高光譜成像儀(Compressive Sensing Hyperspectral Imager)，利用空譜編碼的壓縮高光譜成像系統(Compressive Hyperspectral Imaging System by Spectral and Spatial operators，CHISSS)等等。

設計觀測矩陣的常見方法有3類，一種是的利用最小化相干準則的測量矩陣設計方法，這些設計方法來源于對RIP(restricted isometryproperty)準則某種等價轉化；一種時利用通訊編碼技術構造編碼矩陣，常見的有正交光編碼、BCH編碼、LDPC編碼；還有一種是結合壓縮編碼成像系統結構的編碼矩陣設計，常見的有2016年特拉華大學提出的彩色編碼模板，2017年提出的旋轉編碼模板，2020年北京理工大學提出的彩色相機獲取高分辨率圖像輔助編碼模板設計。

就目前應用最廣的傳統編碼方法而言，傳統隨機編碼方法在觀測次數較低時，存在重構光譜圖像質量不佳的問題；傳統隨機編碼方法，在不同光譜波段的重構光譜圖像存在重構質量不穩定，波動較強的問題；基于低分辨率先驗信息的編碼方法，存在對低分辨率信息利用不足的問題。

發明內容

本發明的發明目的在于：針對上述存在的問題，提供一種基于低分辨率先驗信息互補編碼的場景重建方法，以解決在觀測次數較少時，利用隨機編碼方法重構質量不佳的問題，以及利用低分辨率先驗信息編碼方法重構時，對場景低分辨率先驗信息利用不充分的問題。

本發明采用的技術方案如下：

一種基于低分辨率先驗信息互補編碼的場景重建方法，包括：

A.利用壓縮光譜成像系統分別加載快照式編碼模板和隨機編碼模板對場景成像，獲取場景的低分辨率光譜信息和壓縮編碼信息；

B.根據場景的低分辨率光譜信息和壓縮觀測信息，獲取場景的互補壓縮編碼信息；