[發明專利]面向光譜超分辨率重建的濾光片設計方法、濾光片及系統

在審

• 申請號: 202110930163.X
• 申請日: 2021-08-13
• 公開（公告）號: CN113743001A
• 公開（公告）日: 2021-12-03
• 發明（設計）人: 李樹濤;郭安靜;佃仁偉;劉海波
• 申請（專利權）人: 湖南大學
• 主分類號: G06F30/27
• 分類號: G06F30/27;G06T3/40
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務所(普通合伙) 43008
• 代理人: 譚武藝

本發明公開了一種面向光譜超分辨率重建的濾光片設計方法、濾光片及系統，本發明設計方法包括采用高光譜圖像訓練數據和濾光片響應參數優化模型來訓練獲得最優的濾光片響應參數的步驟，所述濾光片響應參數優化模型包括：濾光片響應曲線學習層，用于基于濾光片組響應參數模擬濾光片，并將高光譜圖像訓練數據中的高光譜圖像樣本生成對應的多通道圖像；高光譜圖像重構網絡，用于從多通道圖像重構獲得重構后的高光譜圖像。本發明基于濾光片響應曲線學習層、高光譜圖像重構網絡能夠解決聯合優化存在的超參數問題，實現濾光片組響應參數和高光譜圖像重構網絡同時達到最優，利用該方案成像硬件可給出更優的光譜恢復結果。

技術領域

本發明涉及面向光譜超分辨重建的濾光片設計技術，具體涉及面向光譜超分辨率重建的濾光片設計方法、濾光片及系統。

背景技術

高光譜圖像較RGB圖像具備更高的光譜分辨率，能夠準確捕捉物質的光譜差異，已被廣泛應用于遙感、航天、醫療、工業和汽車等領域。然而，為了保證相機具備較高的信噪比，同時光譜分辨率和空間分辨率是相互制約的，目前的高光譜成像設備往往成像時間慢、獲取的圖像空間分辨率低、體積巨大且攜帶不方便。這些缺點阻礙著高光譜技術的推廣、發展和應用，迫使人們常常放棄性能而選擇性價比更高的彩色相機或者多光譜相機。另一方面，通過特定響應的濾光片獲取單通道圖像、多濾光片組合的方式獲取多光譜圖像的技術已十分成熟。這些濾光片響應往往是窄帶通高透濾光片，濾光片之間的關聯關系弱，不適用于恢復多光譜圖像的高光譜信息。因此，結合先進的深度學習技術，尋找更優的濾光片響應組合，實現可快速成像、具備高空間分辨率、小巧易攜帶的高光譜成像設備具備重大意義。

發明內容

本發明要解決的技術問題：針對現有技術的上述問題，解決上述最優濾光片組合和響應函數設計難題，提供一種面向光譜超分辨率重建的濾光片設計方法、濾光片及系統，本發明基于濾光片響應曲線學習層、高光譜圖像重構網絡能夠解決聯合優化存在的超參數問題，實現濾光片組響應參數和高光譜圖像重構網絡同時達到最優，利用該方案成像硬件可給出更優的光譜恢復結果。

為了解決上述技術問題，本發明采用的技術方案為：

一種面向光譜超分辨率重建的濾光片設計方法，包括采用高光譜圖像訓練數據和濾光片響應參數優化模型來訓練獲得最優的濾光片響應參數的步驟，所述濾光片響應參數優化模型包括：

濾光片響應曲線學習層，用于基于濾光片組響應參數模擬濾光片，并將高光譜圖像訓練數據中的高光譜圖像樣本生成對應的多通道圖像；

高光譜圖像重構網絡，用于從多通道圖像重構獲得重構后的高光譜圖像。

可選地，所述濾光片響應曲線學習層的函數表達式為：

M=Dot(H,R)

上式中，M表示濾光片響應曲線學習層輸出的多通道圖像，Dot表示在光譜維上的矩陣乘法，H表示輸入的w×h×l的高光譜圖像，R為濾光片的濾光片響應參數，其中得到的多通道圖像M的尺寸為w×h×n，濾光片響應參數R大小為的l×n，w為高光譜圖像的寬度，h為高光譜圖像的高度，l為高光譜圖像的光譜波段數，n為濾光片組的濾光片數量。