[發(fā)明專利]基于液晶高光譜計算成像系統(tǒng)的三維自適應壓縮重構方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110228167.3
• 申請日: 2021-03-02
• 公開（公告）號: CN113008370B
• 公開（公告）日: 2022-06-14
• 發(fā)明（設計）人: 許廷發(fā);徐暢;王茜;張宇寒;樊阿馨
• 申請（專利權）人: 北京理工大學;北京理工大學重慶創(chuàng)新中心
• 主分類號: G01J3/28
• 分類號: G01J3/28;G01J3/02
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產(chǎn)權代理有限公司 51214
• 代理人: 封浪

1.一種基于液晶高光譜計算成像系統(tǒng)的三維自適應壓縮重構方法，所述液晶高光譜計算成像系統(tǒng)包括LCTF、編碼孔徑、探測器和光學透鏡，LCTF對目標場景進行光譜濾波，濾波后的圖像經(jīng)由編碼孔徑進行空間調(diào)制，然后經(jīng)光學透鏡成像在探測器上；其特征在于，壓縮重構方法包括：

加載快照式編碼孔徑；逐次調(diào)諧LCTF濾波的中心波長，采集LCTF在各光譜通道下的低分辨率圖像，獲得低分辨率數(shù)據(jù)立方體；

對低分辨率數(shù)據(jù)立方體進行插值操作，得到高分辨率的高光譜數(shù)據(jù)立方體，所述高光譜數(shù)據(jù)立方體與目標場景的分辨率相同；

利用自適應編碼規(guī)則，基于高光譜數(shù)據(jù)立方體生成各濾波波段所需的自適應編碼孔徑；

通過自適應編碼孔徑分別獲取各光譜通道下的壓縮測量值；

基于壓縮感知理論，根據(jù)系統(tǒng)的觀測矩陣、稀疏基和壓縮測量值，重構出高分辨率的目標光譜數(shù)據(jù)立方體，其中，系統(tǒng)的觀測矩陣包含LCTF的光譜維觀測矩陣和自適應編碼孔徑對應的空間維觀測矩陣；重構時所用稀疏基是利用所述高光譜數(shù)據(jù)立方體訓練得到的空-譜聯(lián)合字典。

2.如權利要求1所述的基于液晶高光譜計算成像系統(tǒng)的三維自適應壓縮重構方法，其特征在于，所述快照式編碼孔徑的編碼單元全為1。

3.如權利要求1所述的基于液晶高光譜計算成像系統(tǒng)的三維自適應壓縮重構方法，其特征在于，所述光譜維觀測矩陣的計算方法包括：

通過計算LCTF在各中心波長下的透過率函數(shù)，將各波長對應的透過率函數(shù)離散化，計算出光譜維觀測矩陣。

4.如權利要求1所述的基于液晶高光譜計算成像系統(tǒng)的三維自適應壓縮重構方法，其特征在于，各濾波波段所需的自適應編碼孔徑的計算方法包括：

提取高光譜數(shù)據(jù)立方體中，對應各次濾波的中心波長的子矩陣，利用自適應編碼規(guī)則，分別生成各光譜通道下編碼孔徑對應的空間維觀測矩陣。

5.如權利要求4所述的基于液晶高光譜計算成像系統(tǒng)的三維自適應壓縮重構方法，其特征在于，子矩陣中對應各光譜通道的光譜圖像分別被劃分為預定尺寸的子區(qū)域，各子區(qū)域分別對應到探測器上的相應的像素點；所述利用自適應編碼規(guī)則，分別生成各光譜通道下編碼孔徑對應的空間維觀測矩陣，包括：

對子矩陣中對應各光譜通道的光譜圖像分別進行以下操作，得到各光譜通道下編碼孔徑對應的空間維觀測矩陣：

將光譜圖像上的各子區(qū)域，堆疊成一維向量，進行two-tone非線性閾值處理，得到分別對應各子區(qū)域的子空間維觀測矩陣，將對應各子區(qū)域的子空間維觀測矩陣進行堆疊拼接，得到對應光譜圖像的編碼孔徑。

6.如權利要求1所述的基于液晶高光譜計算成像系統(tǒng)的三維自適應壓縮重構方法，其特征在于，所述通過自適應編碼孔徑分別獲取各光譜通道下的壓縮測量值，包括：

逐次調(diào)節(jié)LCTF的中心波長，對于各光譜通道，逐幀加載自適應編碼孔徑，采集該光譜通道各幀的壓縮測量值。

7.如權利要求6所述的基于液晶高光譜計算成像系統(tǒng)的三維自適應壓縮重構方法，其特征在于，通過自適應編碼孔徑分別獲取各光譜通道下的壓縮測量值過程中，調(diào)節(jié)LCTF的中心波長的順序，與構建低分辨率數(shù)據(jù)立方體時調(diào)節(jié)的順序相同。

8.如權利要求1所述的基于液晶高光譜計算成像系統(tǒng)的三維自適應壓縮重構方法，其特征在于，所述基于壓縮感知理論，根據(jù)系統(tǒng)的觀測矩陣、稀疏基和壓縮測量值，重構出高分辨率的目標光譜數(shù)據(jù)立方體，包括：

以來表征目標場景，用來表征壓縮測量值，L表示目標場景的光譜維度，N_x×N_y為編碼孔徑的分辨率，K表示LCTF調(diào)節(jié)的光譜通道的數(shù)量，U為各光譜通道下采集的壓縮測量值的幀數(shù)，M_x×M_y為探測器的分辨率，表示空-譜自適應字典，是稀疏向量；壓縮采樣的過程表示為：

式中，是探測器的噪聲向量；表示系統(tǒng)的觀測矩陣，由下式給出：

代表光譜維觀測矩陣，表示光譜維觀測矩陣的第k行，表示第k個光譜通道下編碼孔徑對應的空間維觀測矩陣；

根據(jù)壓縮感知理論，通過求解以下問題，重構出高分辨率的目標光譜數(shù)據(jù)立方體：

式中，ε表示噪聲的最大量級。