[发明专利]基于随机投影的协同编码高光谱成像系统及图像重构方法

摘要

本发明公开了一种基于随机投影的协同编码高光谱成像系统及图像重构方法。使用本发明能够提高高光谱数据的重构速度和重构精度。本发明包括逐点扫描模块、分束器模块、第一观测通道模块、第二观测通道模块和图像重构模块；其中，第一观测通道针对收到的点光谱信息组成的光谱信息矩阵，随机生成观测矩阵A，利用观测矩阵A对光谱信息矩阵进行压缩编码；第二观测通道针对收到的每一个点光谱信息，均随机生成一个观测子矩阵，利用观测子矩阵分别对对应的点光谱信息进行光谱压缩编码；图像重构处理模块根据第一观测通道发送的观测值和第二观测通道发送的观测值，实现高光谱图像的重构。

主权项

一种基于随机投影的协同编码高光谱成像系统，其特征在于，包括逐点扫描模块、分束器模块、第一观测通道模块、第二观测通道模块和图像重构模块；其中，逐点扫描模块用于实现对待成像区域的逐点扫描，并将获得的点光谱信息发送至分束器模块；分束器模块将点光谱信息均分为两路，分别发送至第一观测通道和第二观测通道；其中，两路点光谱信息相同，均为原始光谱信息强度的1/2；第一观测通道针对收到的点光谱信息组成的光谱信息矩阵，随机生成观测矩阵A，利用观测矩阵A对光谱信息矩阵进行压缩编码，得到压缩后的观测值Ya，并将观测值Ya发送至图像重构处理模块；其中，所述观测矩阵A由{0,1}两个元素组成，且观测矩阵A中的每一元素服从独立分布；第二观测通道针对收到的每一个点光谱信息，均随机生成一个观测子矩阵，用k表示点数，利用观测子矩阵Bk对k点的点光谱信息进行光谱压缩编码，进而得到对点光谱信息矩阵压缩后的观测值Yb，并将观测值Yb发送至图像重构处理模块；所述观测子矩阵Bk由{0,1}两个元素组成；观测子矩阵Bk中的每一元素服从独立分布；图像重构处理模块根据第一观测通道发送的观测值Ya和第二观测通道发送的观测值Yb，实现高光谱图像的重构；其中，所述图像重构处理模块首先采用奇异值分解法分解Ya＝FS，得到维度为ma×p的矩阵F，其中，p为端元数；S为丰度矩阵；ma为第一观测通道的压缩后的光谱维度；然后利用矩阵F得到丰度矩阵的估计值然后根据公式计算出矩阵D，其中，为矩阵的第k列，k＝1，2，…，n，n为高光谱图像的像素数；表示克罗内克积；上标T表示转置；然后根据公式得到阵其中，是的所有列依次首尾相连形成的一个列向量，vec(Yb)是Yb的所有列依次首尾相连形成的一个列向量；最后根据公式得到重构的光谱图像X′，实现光谱图像的重构。