本技术涉及一种高分辨率光谱成像和压缩成像领域的红外光谱图像处理方法。该方法通过构建空谱域联合压缩成像编码矩阵,并将其作为编码模板加载,以实现红外光谱图像的有效压缩和感知。
背景技术
光谱成像由于具有良好的信息获取能力和其良好的光谱分辨率而闻名,近年来得到了迅速的发展。然而由于图像采集设备的空谱分辨率限制,当前光谱成像仪的发展难以满足人们对更高空谱分辨率的光谱成像的追求。此外,对目标场景采集得到的光谱信息可以视为一个三维的数据立方体,传输信道难以承受如此巨大的数据量极易导致数据传输慢,丢包率高等问题,此外高数据采集量对于后端存储设备带来巨大的压力。红外光谱成像是光谱成像中一个重要的分支。但是,由于红外光的波长较长,红外辐射的能量较低,导致红外探测器相较于可见光探测器,单个像元的尺寸需要设计的更大,在相同的芯片大小的条件下,像素数则较少。再加上由于光谱仪带宽的限制,空间分辨率与光谱分辨率总是相互制约,很难同时获得既具有高空间分辨率,同时也具有高光谱分辨率的图像。因此如何同时获取高空间,高光谱分辨率的红外光谱图像成为一个亟待解决的难题。
近年来,压缩感知技术因其在信号处理领域的卓越表现受到研究工作者的广泛关注。该理论最大的优势就是可以将极大部分的冗余信息剔除,只保留少量的测量值,从而为后期对数据的计算减小压力。在二维成像领域,压缩感知技术主要被应用基于变换域稀疏或梯度稀疏的空域压缩成像,空域压缩成像借助高分辨率的数字微反射镜(DigitalMicromirror Device,DMD)可以扩展相机的空间分辨率。对于三维光谱图像,基于编码孔径的光谱成像(Coded Aperture Snapshot Spectral Imaging,CASSI)是将压缩感知原理投入光谱重建实际应用的典型例子。CASSI系统将目标三维信息通过DMD和光栅映射到二维探测器面阵上,所获得信息为空间和光谱混叠信息,通过重构算法重构出完整信息。Cai等人提出一种深度展开网络DAUHST,该团队设计一种Half-Shuffle Transformer可以同时捕获局部和全局依赖关系,这种机制对维持重建效果时降低计算量很有帮助。
虽然目前针对光谱图像压缩感知的研究十分火热,但是这些研究基本局限在可见光波段,并且仅是单纯的空域或者谱域的压缩感知,很少有在红外波段并且针对空谱域同时进行压缩感知的研究。因此,我们提出了一种针对红外光谱图像的空谱域联合压缩感知方法,基于压缩感知理论,利用DMD的高空间分辨率弥补红外探测器上空间分辨率低的问题,同时利用光栅的高光谱分辨率弥补红外探测器上光谱分辨率低的问题,并利用深度学习的方法重建出原始高光谱图像,以此突破红外光谱成像设备带来的空间分辨率和光谱分辨率限制,获得高空间分辨率以及高光谱分辨率的红外光谱图像。
实现思路