寬波段光譜成像系統(tǒng)研究

《寬波段光譜成像系統(tǒng)研究》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在應(yīng)用文檔-天天文庫。

1、為了確保“教學(xué)點(diǎn)數(shù)字教育資源全覆蓋”項(xiàng)目設(shè)備正常使用，我校做到安裝、教師培訓(xùn)同步進(jìn)行。設(shè)備安裝到位后，中心校組織各學(xué)點(diǎn)管理人員統(tǒng)一到縣教師進(jìn)修學(xué)校進(jìn)行培訓(xùn)，熟悉系統(tǒng)的使用和維護(hù)。寬波段光譜成像系統(tǒng)研究　　摘要：現(xiàn)有部分光譜輻射計(jì)可以在可見光波段對目標(biāo)場景進(jìn)行成像，但在紅外波段，只能獲取場景的紅外光譜輻射曲線，無法在紅外波段進(jìn)行成像。同時，即使在可見光波段，成像分辨率也有待提高，為了綜合解決可見光成像分辨率低和無法進(jìn)行紅外成像的問題，本文提出一種寬波段光譜成像技術(shù)，通過在光譜輻射計(jì)前端加載編碼成像系統(tǒng)，然后采用CoSaMP算法進(jìn)行圖像重構(gòu)，達(dá)到同時獲取高分辨率可見光場景圖像與紅

2、外場景圖像的目的?！　￡P(guān)鍵詞：寬波段；編碼成像；高分辨率；圖像重構(gòu)　　中圖分類號：文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1671--0015-03為了充分發(fā)揮“教學(xué)點(diǎn)數(shù)字教育資源全覆蓋”項(xiàng)目設(shè)備的作用，我們不僅把資源運(yùn)用于課堂教學(xué)，還利用系統(tǒng)的特色欄目開展課外活動，對學(xué)生進(jìn)行安全教育、健康教育、反邪教教育等豐富學(xué)生的課余文化生活。為了確?！敖虒W(xué)點(diǎn)數(shù)字教育資源全覆蓋”項(xiàng)目設(shè)備正常使用，我校做到安裝、教師培訓(xùn)同步進(jìn)行。設(shè)備安裝到位后，中心校組織各學(xué)點(diǎn)管理人員統(tǒng)一到縣教師進(jìn)修學(xué)校進(jìn)行培訓(xùn)，熟悉系統(tǒng)的使用和維護(hù)?！　‰S著武器系統(tǒng)及光學(xué)成像技術(shù)的飛速發(fā)展，現(xiàn)代戰(zhàn)場環(huán)境中需要得到更高分辨率的影像信息及

3、其光譜信息，同時為了能夠分析空中目標(biāo)的物理特性，往往需要目標(biāo)在不同波段的成像效果?，F(xiàn)有的部分光譜輻射計(jì)雖然在可見光波段和紅外波段均可以進(jìn)行光譜輻射曲線的測量，然而其空間成像功能只能在可見光波段實(shí)現(xiàn)，無法實(shí)現(xiàn)紅外波段的空間成像，不能滿足特定情況下的目標(biāo)特性科研需求。本文通過在光譜輻射計(jì)前端加裝光學(xué)編碼系統(tǒng)，對紅外及可見光波段的入射光束進(jìn)行調(diào)制，得到多組紅外測量曲線，然后再通過重建算法求解出目標(biāo)場景的紅外圖像。同時，由于輻射計(jì)中可見光成像單元中獲取的圖像也是經(jīng)過編碼調(diào)制的，因此可以通過壓縮感知理論，對可見光編碼圖像進(jìn)行重構(gòu)，利用較小分辨率的可見光探測器得到高分辨率圖像?！　?壓縮

4、感知理論　　傳統(tǒng)奈奎斯特采樣定理指出，如果要從離散采樣信號中準(zhǔn)確恢復(fù)出原始信號，則采樣頻率必須高于兩倍信號帶寬，即奈奎斯特采樣率。而壓縮感知理論[1，2]認(rèn)為，如果信號可以在某個基上進(jìn)行稀疏表示，則可以在低于奈奎斯特采樣率的情況下準(zhǔn)確恢復(fù)出原始信號。　　假設(shè)X表示原始信號，其向量形式為x，如果信號是稀疏的，那么肯定存在一個基字典，使得：　　上式中，為噪聲信號，為信號x在字典下的稀疏表示系數(shù)矩陣，的稀疏度遠(yuǎn)大于原始信號x，在實(shí)際存儲信號的過程中，只需要存儲各個信號的稀疏表示系數(shù)矩陣，不需要存儲所有的圖像信息，通過公式可以信號進(jìn)行精確恢復(fù)?！　≡趬嚎s感知理論中，基字典的設(shè)計(jì)必須滿

5、足等距約束性質(zhì)[3]，即：　　如果對原始信號x進(jìn)行編碼，則得到的觀測圖像可以表示為，即。稀疏表示系數(shù)的求解可以表示為求解如下最優(yōu)化問題：　　其中，為權(quán)重系數(shù)，通過上式可以在已知觀測圖像和編碼矩陣的情況下，重建出高分辨率原始信號?！　?基于壓縮感知理論的圖像重構(gòu)為了充分發(fā)揮“教學(xué)點(diǎn)數(shù)字教育資源全覆蓋”項(xiàng)目設(shè)備的作用，我們不僅把資源運(yùn)用于課堂教學(xué)，還利用系統(tǒng)的特色欄目開展課外活動，對學(xué)生進(jìn)行安全教育、健康教育、反邪教教育等豐富學(xué)生的課余文化生活。為了確?！敖虒W(xué)點(diǎn)數(shù)字教育資源全覆蓋”項(xiàng)目設(shè)備正常使用，我校做到安裝、教師培訓(xùn)同步進(jìn)行。設(shè)備安裝到位后，中心校組織各學(xué)點(diǎn)管理人員統(tǒng)一到縣教

6、師進(jìn)修學(xué)校進(jìn)行培訓(xùn)，熟悉系統(tǒng)的使用和維護(hù)?！　”疚膶墓庾V輻射計(jì)上獲取的可見光編碼圖像及紅外編碼光譜曲線采用壓縮采樣匹配追蹤算法進(jìn)行重構(gòu)，相比于匹配追蹤算法及其他同類算法[4-7]而言，CoSaMP算法[8]的重構(gòu)精度更高，復(fù)雜度低，重構(gòu)效率高。算法的輸入、輸出及重構(gòu)流程如下：　　輸入：編碼矩陣，觀測向量y，稀疏度K?！　≥敵觯盒盘栂∈璞硎鞠禂?shù)估計(jì)，殘差。　　算法流程：　　初始化殘差，、為空集，，最大迭代次數(shù)T；　　計(jì)算，找到索引，使得：　　通過最小二乘法求解得：　　從中選出絕對值最大的K項(xiàng)記為，對應(yīng)的中的K列記為，對應(yīng)的A的列序號記為，更新集合；　　更新殘差；　　，若則返回

7、，若或殘差為0則停止迭代；　　輸出稀疏表示系數(shù)矩陣?！　∩鲜隽鞒讨?，表示殘差，表示迭代次數(shù)，J0表示每次迭代后的索引，為t次迭代的索引集合，表示矩陣A的第j列，表示按索引選出的矩陣A的列集合，為t×1的列向量?！　≡趫D像重構(gòu)過程中，當(dāng)重構(gòu)可見光編碼圖像時，輸入的觀測向量即光譜輻射計(jì)上接收到的編碼后的圖像，當(dāng)重構(gòu)紅外圖像時，輸入的觀測向量為多條光譜曲線組成的矩陣。為了充分發(fā)揮“教學(xué)點(diǎn)數(shù)字教育資源全覆蓋”項(xiàng)目設(shè)備的作用，我們不僅把資源運(yùn)用于課堂教學(xué)，還利用系統(tǒng)的特色欄目開展課外活動，對學(xué)生進(jìn)行安全教育、健康