【技術實現步驟摘要】
本專利技術創造屬于圖像，尤其涉及一種基于壓縮感知的視頻級光譜成像系統及成像方法。
技術介紹
1、光譜成像技術可以得到物體的二維空間信息和一維光譜信息，空間信息可以確定物體的形狀、尺寸等外在特征，光譜信息可分析物體的成分、含量等內在特征，光譜成像技術的圖譜特點使其在許多領域均有著廣泛的應用。傳統的光譜成像多需要掃描方式來得到空間和光譜的三維數據，數據采集時間長，且硬件系統通常有掃描移動部件。作為一種新型的光譜成像實現方式，快照式光譜成像技術可同時獲取目標場景的空間信息和光譜信息，得到光譜數據立方體，且體積小，制備、維護成本低。
2、快照式光譜成像技術的核心分光元件為馬賽克多光譜分光薄膜，各光譜通道在分光元件靶面上排布成周期性，此種排布方式生產效率高，圖像再還原相關方法種類較多，但是，由于受限于奈奎斯特－香濃采樣定理導致原始分辨率低，測量的樣本對原始圖像信號還原存在局限性且丟棄了大部分非重要的參數，其圖像還原結果視覺上存在振鈴偽影現象，同時由于其光譜通道排布的周期性導致其對系統噪聲、環境噪聲、電子學噪聲的魯棒性較差，對于欠定線性系統的稀疏解重構被測信號的復原存在諸多問題。因此，需要一種新的方法對多光譜圖像進行準確、高效的還原。
技術實現思路
1、為達到上述目的，本專利技術創造的技術方案是這樣實現的：
2、本專利技術公開了一種基于壓縮感知的視頻級光譜成像系統，包括光學鏡頭、分光元件、成像芯片以及信號處理模塊，所述分光元件的靶面陣列式排布多個分光單元，每個分光單元包
3、本專利技術還公開了一種基于壓縮感知的視頻級光譜成像方法，使用上述的成像系統對目標進行拍攝后，對拍攝所得的多光譜圖像進行高分辨率重建，該成像方法包括以下步驟：
4、s1：利用所述基于壓縮感知的視頻級光譜成像系統對目標進行拍攝，獲取原始多光譜圖像，原始多光譜圖像中每個像素都包含一個波段的光譜信息，分別與分光元件中光譜通道的空間位置對應，原始多光譜圖像經過卷積操作后得到初步偽全色圖像；
5、s2：對初步偽全色圖像的每個像素進行銳化操作，得到偽全色圖像；
6、s3：基于步驟s1中的原始多光譜圖像，步驟s2中的偽全色圖像得到去馬賽克殘差；
7、s4：利用去馬賽克殘差，對偽全色圖像進行復原，得到每個波段的去馬賽克后的單光譜圖像。
8、進一步地，步驟s1中的原始多光譜圖像iraw經過均值卷積核fm的卷積操作后得到初步偽全色圖像ippi,blur：ippi,blur＝iraw*fm。
9、進一步地，步驟s2中，分別計算初步偽全色圖像中每個目標像素周圍八個方向的銳化系數，構成銳化比重，所述銳化比重為中心值是0的3×3矩陣。
10、進一步地，初步偽全色圖像中第x列、第y行目標像素的銳化比重為fsharpen,x,y，fsharpen,x,y的矩陣中第m列、第n行銳化系數的值為：
11、
12、其中，代表原始多光譜圖像iraw中坐標為(x,y)處目標像素的像素值，代表原始多光譜圖像iraw目標像素的相鄰波段周期中，與目標像素相同波段的坐標為(x’,y’)處像素的像素值。
13、進一步地，步驟s3中，通過每個目標像素的銳化比重對初步偽全色圖像ippi,blur進行逐像素銳化處理，得到坐標為(x,y)處目標像素的像素值
14、進一步地，的計算公式如下式：
15、
16、其中，代表原始多光譜圖像iraw在坐標為(x+m-2,y+n-2)處的像素值，代表初步偽全色圖像ippi,blur在坐標為(x+m-2,y+n-2)處的像素值。
17、進一步地，其特征在于：通過復制銳化比重fsharpen得到去馬賽克比重fsharpen'，利用去馬賽克比重fsharpen'分別計算對應每個波段的像素的去馬賽克殘差。
18、進一步地，波段z中坐標為(x,y)處像素的去馬賽克殘差由下式進行計算：
19、
20、其中，代表原始多光譜圖像iraw在坐標為(x+j-3,y+k-3)處的像素值，代表偽全色圖像ippi在坐標為(x+j-3,y+k-3)處的像素值，代表對待處理圖像中坐標為(x，y)處像素對應的波段是否屬于z波段進行篩選，fh為插值權重因子，代表插值權重因子fh中第j列、第k行的值，fh為插值權重因子，表示為：
21、
22、進一步地，步驟s4具體為：利用s3得到的波段z的像素的去馬賽克殘差，與偽全色圖像中波段z的像素值相加，得到波段z的去馬賽克后的像素值，構成波段z的單光譜圖像。
23、與現有技術相比，本專利技術創造能夠取得如下有益效果：
24、本專利技術創造所述的一種基于壓縮感知的視頻級光譜成像系統及成像方法，打破了馬賽克多光譜通道在靶面上排布的周期性，光譜通道在靶面上呈偽隨機排布，避免了后期采樣過程中可能無法捕捉到足夠的細節，隨機排布的光譜通道可以保證采樣時能夠盡量多的保留原始圖像的細節，同時，利用本專利技術的方法對原始圖像進行還原，可以提高還原后圖像的空間信息分辨率，提高圖像還原度。
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1.一種基于壓縮感知的視頻級光譜成像系統，包括光學鏡頭、分光元件、成像芯片以及信號處理模塊，其特征在于，所述分光元件的靶面陣列式排布多個分光單元，每個分光單元包括a×a個隨機排布的光譜通道，每個光譜通道與成像芯片表面的像元一一對應，每個分光單元中的a×a個光譜通道按照工作波長由小到大依次命名為band1、band2、...、banda2，其中，banda2的次峰波長小于band1的主峰波長。
2.一種使用權利要求1所述的成像系統的基于壓縮感知的視頻級光譜成像方法，其特征在于，包括以下步驟：
3.根據權利要求2所述的基于壓縮感知的視頻級光譜成像方法，其特征在于：步驟S1中的原始多光譜圖像Iraw經過均值卷積核FM的卷積操作后得到初步偽全色圖像IPPI,blur：IPPI,blur＝Iraw*FM。
4.根據權利要求2所述的基于壓縮感知的視頻級光譜成像方法，其特征在于：步驟S2中，分別計算初步偽全色圖像中每個目標像素周圍八個方向的銳化系數，構成銳化比重，所述銳化比重為中心值是0的3×3矩陣。
5.根據權利要求4所述的基于壓縮感知的視頻級
6.根據權利要求5所述的基于壓縮感知的視頻級光譜成像方法，其特征在于：步驟S3中，通過每個目標像素的銳化比重對初步偽全色圖像IPPI,blur進行逐像素銳化處理，得到坐標為(x,y)處目標像素的像素值
7.根據權利要求6所述的基于壓縮感知的視頻級光譜成像方法，其特征在于，的計算公式如下式：
8.根據權利要求7所述的基于壓縮感知的視頻級光譜成像方法，其特征在于：通過復制銳化比重Fsharpen得到去馬賽克比重Fsharpen'，利用去馬賽克比重Fsharpen'分別計算對應每個波段的像素的去馬賽克殘差。
9.根據權利要求8所述的基于壓縮感知的視頻級光譜成像方法，其特征在于，波段Z中坐標為(x,y)處像素的去馬賽克殘差由下式進行計算：
10.根據權利要求9所述的基于壓縮感知的視頻級光譜成像方法，其特征在于：步驟S4具體為：利用S3得到的波段Z的像素的去馬賽克殘差，與偽全色圖像中波段Z的像素值相加，得到波段Z的去馬賽克后的像素值，構成波段Z的單光譜圖像。
...【技術特征摘要】
1.一種基于壓縮感知的視頻級光譜成像系統，包括光學鏡頭、分光元件、成像芯片以及信號處理模塊，其特征在于，所述分光元件的靶面陣列式排布多個分光單元，每個分光單元包括a×a個隨機排布的光譜通道，每個光譜通道與成像芯片表面的像元一一對應，每個分光單元中的a×a個光譜通道按照工作波長由小到大依次命名為band1、band2、...、banda2，其中，banda2的次峰波長小于band1的主峰波長。
2.一種使用權利要求1所述的成像系統的基于壓縮感知的視頻級光譜成像方法，其特征在于，包括以下步驟：
3.根據權利要求2所述的基于壓縮感知的視頻級光譜成像方法，其特征在于：步驟s1中的原始多光譜圖像iraw經過均值卷積核fm的卷積操作后得到初步偽全色圖像ippi,blur：ippi,blur＝iraw*fm。
4.根據權利要求2所述的基于壓縮感知的視頻級光譜成像方法，其特征在于：步驟s2中，分別計算初步偽全色圖像中每個目標像素周圍八個方向的銳化系數，構成銳化比重，所述銳化比重為中心值是0的3×3矩陣。
5.根據權利要求4所述的基于壓縮感知的視頻級光譜成像方法，其特征在于：初步偽全色圖像中第x...
【專利技術屬性】
技術研發人員：楊飛，張卓，林弘楊，宋正偉，張亞亮，秦源，隋震，
申請(專利權)人：長春長光辰譜科技有限公司，
類型：發明
國別省市：
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