基于空-谱编码的压缩感知高光谱计算成像

压缩感知高光谱计算成像技术是当前高光谱计算成像领域的研究热点之一,其能够在保持系统元器件物理特性不变的前提下,有效地提升成像质量。本文概述了高光谱计算成像的研究背景和基本概念,详细介绍了压缩感知高光谱计算成像系统的发展现状,重点阐述了本团队提出的基于空-谱编码的压缩感知高光谱计算成像技术,并对其系统组成、数理模型以及最新进展进行了说明。通过总结压缩感知高光谱计算成像的背景知识以及空-谱编码压缩感知高光谱计算成像的研究工作,力求为科研人员探索压缩感知高光谱计算成像新体制带来新的思路,促进高光谱计算成像技术的发展。     

弹光调制傅里叶变换光谱技术研究

为进一步提高弹光调制傅里叶变换光谱仪光谱分辨率,提出了一种折返式弹光调制干涉仪结构,该结构通过在弹光晶体前后表面镀制相互交错的的全反射膜,并让入射光线以约10°的倾斜角入射,使得被测光束在晶体内部产生多次反射,增大光在干涉仪中的传播距离并提高了调制光程差。建立了折返式弹光调制傅里叶变换光谱仪干涉-光谱反演数学模型,并在此基础上设计搭建了相应的前置收集光系统,并进行了激光光源和氙灯光源的遥测实验,实验所得干涉条纹清晰、稳定,结果表明,所设计的多次反射式弹光调制傅里叶变换光谱仪的光谱分辨率达到13cm-1,且该方案使得光线在晶体内部产生反射,降低了光能损失,保证了系统性噪比。最后的光谱反演结果表明,所设计光谱系统的技术可行,为后续的样机研制以及光谱、辐射标定等工作奠定了基础。     

大视场声光可调谐滤波器成像光谱仪光学设计

为了在±15°视场角范围内获得工作谱段范围在400 nm~ 900 nm声光可调谐滤波器(AOTF)成像光谱仪系统的二维空间信息以及一维光谱信息, 设计了一种应用于AOTF 成像光谱仪的光学系统。介绍AOTF的工作原理, 根据AOTF 成像光谱仪总体方案, 对前置系统及后置成像系统进行了设计。设计中前置系统采用倒置的伽利略望远镜结构, 后置成像系统采用改进的库克三片式结构。最终完成了一个焦距为19.311 mm, F数为12.3, 在34 lp/mm 的空间频率下各视场调制传递函数( MTF) 均值大于0.5的光学系统。     

图-谱结合的压缩感知高光谱视频图像复原

针对液晶可调滤波片高光谱成像系统记录动态场景的成像特点,提出一种图-谱结合的压缩感知高光谱视频图像复原方法。首先,通过前景目标检测获得运动前景目标的高光谱图像,实现运动前景目标与背景区域分离,并根据前景目标检测结果将背景区域划分为运动区域(被前景目标遮挡区域)与静止区域(未被前景目标遮挡区域)。然后,基于高光谱图像空间维、光谱维相关性,对静止区域进行字典学习获得稀疏先验信息,结合压缩感知理论用于运动区域恢复,得到完整的背景区域高光谱图像。最后,将运动前景目标高光谱图像与背景区域高光谱图像相结合,得到高光谱视频图像。实验结果表明:本文提出的高光谱视频图像复原方法在峰值信噪比和视觉效果上都要优于现有算法,峰值信噪比平均提高5 d B以上。     

动态测量的高光谱图像压缩感知

针对高光谱图像相邻波段之间具有强光谱相关性的特点，为了提高高光谱图像压缩感知的重构效果，本文提出一种利用边缘信息设计动态测量率的压缩感知算法。首先，通过随机投影的分块压缩感知方法对每个图像块以固定测量率采样，重构出单波段图像作为其他波段的先验信息，并对其提取出图像边缘区域；然后，根据每个图像块边缘信息的丰富程度来自适应分配测量值。在固定总测量数的前提下，对不同图像块分配不同的测量次数。最后，利用分配好的测量次数对其余波段进行采集和重构。仿真结果表明，在相同总测量数情况下，本文提出的动态测量算法重构出的高光谱图像质量（PSNR）与传统固定测量压缩感知策略相比提高了1~4 dB，相比较下的重构时间也减少，在成功重构高光谱图像的基础上更增强了细节处的图像质量。