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原文传递一种基于压缩感知的频域多分辨率成像装置及方法

专利名称：	一种基于压缩感知的频域多分辨率成像装置及方法
摘要：	本发明公开了一种基于压缩感知的频域多分辨率成像方法，包括如下步骤：S01：压缩感知矩阵模块产生图像感知矩阵，将其传输至图像采样模块进行图像采样；S02：压缩感知矩阵模块产生光谱感知矩阵，并将其传输至光谱采样模块进行光谱采样，得到各个采样像素点的光谱采样数据Sp；S03：基于各个采样像素点的光谱采样数据Sp进行光谱数据重建，得到对应采样像素点的光谱曲线Sp.r；S04：确定重建图像的光谱分辨率bm，并在各个采样像素点的光谱曲线中确定光谱分辨率bm下的光谱数据Sp.r(bm)，基于光谱数据Sp.r(bm)重建得到光谱图像I(S(bm))。本发明提出了图像稀疏采样结合光谱稀疏采样的双重稀疏采样方案，显著缩短数据采样时间。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	上海;31
申请人：	上海集成电路研发中心有限公司
发明人：	周涛;李琛;王鹏飞;余学儒;王修翠
专利状态：	有效
申请日期：	2019-07-22T00:00:00+0800
发布日期：	2019-11-12T00:00:00+0800
申请号：	CN201910661331.2
公开号：	CN110441264A
代理机构：	上海天辰知识产权代理事务所(特殊普通合伙)
代理人：	吴世华;马盼
分类号：	G01N21/45(2006.01);G;G01;G01N;G01N21
申请人地址：	201210上海市浦东新区张江高斯路497号
主权项：	1.一种基于压缩感知的频域多分辨率成像方法，其特征在于，包括如下步骤： S01：压缩感知矩阵模块根据图像采样单元产生图像感知矩阵，并将其传输至图像采样模块，所述图像采样模块按照图像感知矩阵对被测目标进行图像采样，得到Mi个采样像素点；其中，所述图像感知矩阵的行数对应图像采样个数Mi； S02：压缩感知矩阵模块根据光谱采样单元产生光谱感知矩阵，并将其传输至光谱采样模块，所述光谱采样模块按照光谱感知矩阵对各个采样像素点分别进行光谱采样，得到各个采样像素点的光谱采样数据Sp；其中，所述光谱感知矩阵的行数对应每个采样像素点进行光谱采样时的光谱采样个数Ms； S03：基于各个采样像素点的光谱采样数据Sp进行光谱数据重建，得到对应采样像素点的光谱曲线Sp,r； S04：确定重建图像的光谱分辨率bm，并在各个采样像素点的光谱曲线中确定光谱分辨率bm下的光谱数据Sp,r(bm)，基于光谱数据Sp,r(bm)进行重建，得到光谱图像I(S(bm))。 2.根据权利要求1所述的一种基于压缩感知的频域多分辨率成像方法，其特征在于，所述步骤S01包括如下步骤： S011：根据图像采样模块中图像采样单元设定图像分辨率ri和图像采样个数Mi； S012：根据步骤S011所确定的Mi，压缩感知矩阵模块产生图像感知矩阵φi，并将其传输至图像采样模块，图像采样模块按照图像感知矩阵对被测目标进行图像采样，得到Mi个采样像素点。 3.根据权利要求2所述的一种基于压缩感知的频域多分辨率成像方法，其特征在于，所述图像分辨率ri＝D/1.22fλ，图像采样个数Mi＝const1×(n/ln(n))，其中，n＝H×W，H＝h/d，W＝w/d，h，w为被测目标的实际尺寸大小，d＝1.22fλ/D，f、D、λ分别为图像采样单元中的焦距、出射孔径直径和所测频段的平均波长，const1为图像采样参数；所述图像感知矩阵φi为Mi行H×W列的感知矩阵。 4.根据权利要求1所述的一种基于压缩感知的频域多分辨率成像方法，其特征在于，所述步骤S02中光谱采样模块按照光谱感知矩阵对各个采样像素点分别进行光谱采样的具体步骤包括： S021：压缩感知矩阵模块根据光谱采样单元产生光谱感知矩阵φ1，并将其传输至光谱采样模块，所述光谱采样模块按照光谱感知矩阵φ1对第一个采样像素点进行光谱采样，得到第一个采样像素点的光谱采样数据Sp1； S022：压缩感知矩阵模块根据光谱采样单元产生光谱感知矩阵φ2，并将其传输至光谱采样模块，所述光谱采样模块按照光谱感知矩阵φ2对第二个采样像素点进行光谱采样，得到第二个采样像素点的光谱采样数据Sp2； S023：以此类推，直至压缩感知矩阵模块根据光谱采样单元产生光谱感知矩阵φi，并将其传输至光谱采样模块，所述光谱采样模块按照光谱感知矩阵φi对第Mi个采样像素点进行光谱采样，得到第Mi个采样像素点的光谱采样数据Spi。 5.根据权利要求1所述的一种基于压缩感知的频域多分辨率成像方法，其特征在于，所述步骤S02中光谱采样包括如下步骤： S0211：根据光谱采样模块中光谱采样单元设定光谱分辨率rs和谱宽B，确定光谱采样个数Ms； S0212：根据步骤S0211中确定的光谱采样数Ms和光谱频率数量B/rs，压缩感知模块产生相应的光谱感知矩阵φs，并将其传输至光谱采样模块，所述光谱采样模块按照光谱感知矩阵对各个采样像素点分别进行光谱采样，得到各个采样像素点的光谱采样数据Sp。 6.根据权利要求5所述的一种基于压缩感知的频域多分辨率成像方法，其特征在于，所述光谱采样个数Ms＝const2×((B/rs)/ln(B/rs))，其中，B为光谱的谱宽，rs为光谱分辨率，const2为光谱采样参数；所述光谱感知矩阵φs为Ms行B/rs列的感知矩阵。 7.根据权利要求1所述的一种基于压缩感知的频域多分辨率成像方法，其特征在于，所述步骤S03采用压缩感知技术中的稀疏重建方法对各个采样像素点的光谱采样数据Sp进行光谱数据重建；所述步骤S04采用压缩感知技术中的稀疏重建方法对光谱数据Sp,r(bm)进行重建。 8.根据权利要求7所述的一种基于压缩感知的频域多分辨率成像方法，其特征在于，所述步骤S03采用L1范数优化方法或Lp范数优化或核范数优化对各个采样像素点的光谱采样数据Sp进行光谱数据重建；所述步骤S04采用L1范数优化方法或Lp范数优化或核范数优化对光谱数据Sp,r(bm)进行重建。 9.根据权利要求1-8所述的任意一种基于压缩感知的频域多分辨率成像方法，其特征在于，所述图像感知矩阵和光谱感知矩阵为满足压缩感知稀疏采样要求的矩阵。 10.一种基于压缩感知的频域多分辨率成像装置，其特征在于，包括图像采样模块、光谱采样模块、谱图像重构模块和压缩感知矩阵模块，其中，所述压缩感知模块同时连接所述图像采样模块和光谱采样模块，所述图像采样模块的输出端连接所述光谱采样模块，所述光谱采样模块的输出端连接所述谱图像重构模块，所述图像采样模块中包括图像采样单元，所述光谱采样模块中包括光谱采样单元；所述压缩感知矩阵根据图像采样单元产生图像感知矩阵，并将其传输至图像采样模块，所述图像采样模块按照图像感知矩阵对被测目标进行图像采样，得到采样像素点；所述压缩感知矩阵根据光谱采样单元产生光谱感知矩阵，并将其传输至光谱采样模块，所述光谱采样模块按照光谱感知矩阵对各个采样像素点分别进行光谱采样，得到各个采样像素点的光谱采样数据；所述光谱采样数据传输至谱图像重构模块进行重构，得到多分辨率下的光谱图像。
所属类别：	发明专利