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Piecewise spectrally band-pass for compressive coded aperture spectral imaging
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作者 钱路路 吕群波 +1 位作者 黄旻 相里斌 《Chinese Physics B》 SCIE EI CAS CSCD 2015年第8期248-253,共6页
Coded aperture snapshot spectral imaging(CASSI) has been discussed in recent years. It has the remarkable advantages of high optical throughput, snapshot imaging, etc. The entire spatial-spectral data-cube can be reco... Coded aperture snapshot spectral imaging(CASSI) has been discussed in recent years. It has the remarkable advantages of high optical throughput, snapshot imaging, etc. The entire spatial-spectral data-cube can be reconstructed with just a single two-dimensional(2D) compressive sensing measurement. On the other hand, for less spectrally sparse scenes,the insufficiency of sparse sampling and aliasing in spatial-spectral images reduce the accuracy of reconstructed threedimensional(3D) spectral cube. To solve this problem, this paper extends the improved CASSI. A band-pass filter array is mounted on the coded mask, and then the first image plane is divided into some continuous spectral sub-band areas. The entire 3D spectral cube could be captured by the relative movement between the object and the instrument. The principle analysis and imaging simulation are presented. Compared with peak signal-to-noise ratio(PSNR) and the information entropy of the reconstructed images at different numbers of spectral sub-band areas, the reconstructed 3D spectral cube reveals an observable improvement in the reconstruction fidelity, with an increase in the number of the sub-bands and a simultaneous decrease in the number of spectral channels of each sub-band. 展开更多
关键词 coded aperture spectral imaging compressive sensing information reconstruction
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基于全变分正则项的CASSI数据重构算法 被引量:2
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作者 王业超 陈晓丽 +3 位作者 钟晓明 赵海博 张丽莎 苏云 《航天返回与遥感》 CSCD 2020年第1期91-101,共11页
在编码孔径快照光谱仪(Coded Aperture Snapshot Spectral Imager,CASSI)光谱重构算法设计中,两步迭代收缩阈值(Two-Step Iterative Shrinkage/Threshold,TwIST)算法实现了CASSI的光谱重构,但因正则项选取和引入的噪声随迭代次数而不断... 在编码孔径快照光谱仪(Coded Aperture Snapshot Spectral Imager,CASSI)光谱重构算法设计中,两步迭代收缩阈值(Two-Step Iterative Shrinkage/Threshold,TwIST)算法实现了CASSI的光谱重构,但因正则项选取和引入的噪声随迭代次数而不断放大,导致其光谱重构精度低于80%。文章在TwIST算法基础上,以光谱图像具有空间平滑过渡特性为先验知识,提出两点改进:一是选择全变分正则约束项;二是对每一步迭代的更新项进行全变分去噪处理。为了验证改进后的算法,文章通过计算机仿真CASSI的采集数据,得出仿真数据光谱重构精度为90.93%;并根据CASSI样机采集试验数据,得出试验数据的光谱重构精度为86.56%。改进后的算法可为以后CASSI数据重构提供参考。 展开更多
关键词 两步迭代收缩阈值 压缩感知 编码孔径 全变分 光谱重构 光谱仪
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基于编码压缩的快照式高光谱成像技术综述
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作者 谢辉 段萌 +4 位作者 武伟 张运强 潘国庆 王炜强 穆世博 《激光杂志》 北大核心 2024年第12期1-15,共15页
快照压缩成像技术可以在单次曝光成像获得目标的三维空间-光谱信息,相对于传统的扫描式成像方式,在针对运动目标的检测与识别中优势显著。伴随着信息理论与技术的发展和计算机处理性能的提升,计算成像逐渐成为解决光学成像问题的关键技... 快照压缩成像技术可以在单次曝光成像获得目标的三维空间-光谱信息,相对于传统的扫描式成像方式,在针对运动目标的检测与识别中优势显著。伴随着信息理论与技术的发展和计算机处理性能的提升,计算成像逐渐成为解决光学成像问题的关键技术之一。通过建立成像设备的物理模型并对后端处理进行数学优化,可以突破成像模型和探测器的局限,将传统的二维成像推广至更多的观测维度。这篇文章从空间编码、波长编码和相位编码三个方面综述基于编码压缩的快照式高光谱成像技术的研究现状,归纳并分析了传统方法和深度学习方法的发展趋势,并对基于编码压缩的快照式高光谱成像技术的发展进行展望。 展开更多
关键词 光谱成像 快照压缩成像 计算成像 孔径编码 深度学习
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编码孔径快照光谱成像重构算法综述
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作者 马祥天 王立志 黄华 《计算机学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期190-212,共23页
光谱图像含有丰富的空间和光谱信息,能够反映目标的组成、结构和材料特性,在航天遥感、医疗诊断和机器视觉等领域具有重要的应用价值.近年来,光谱成像技术作为热点研究领域受到广泛关注.传统光谱成像技术采用沿空间维度或光谱维度扫描... 光谱图像含有丰富的空间和光谱信息,能够反映目标的组成、结构和材料特性,在航天遥感、医疗诊断和机器视觉等领域具有重要的应用价值.近年来,光谱成像技术作为热点研究领域受到广泛关注.传统光谱成像技术采用沿空间维度或光谱维度扫描的方式,依次获取待测物体表面的光谱信息.由于曝光时间较长,传统光谱成像技术不适用于拍摄动态场景.编码孔径快照光谱成像(Coded Aperture Snapshot Spectral Imaging,CASSI)是光谱成像的前沿技术方案,能够从单次曝光中快速获取动态场景的光谱图像,其包括两个阶段:对高维光谱图像的“编码降维采集”和对低维观测图像的“解码升维重构”.CASSI的早期研究聚焦于“编码降维采集”,通过物理系统设计提升图像编码的有效性,包括编码模板设计和双相机系统设计.目前,CASSI的“编码降维采集”物理系统趋于稳定,其“解码升维重构”决定了光谱成像的质量和效率.本文综述CASSI的重构算法.首先介绍CASSI的物理系统和前向模型,详细描述物理系统的组成元件和硬件参数,推导CASSI前向模型的数学表达;其次梳理CASSI重构的特点和挑战,其挑战主要存在于系统前向模型、先验表示模型、算法灵活性、算法复杂度、实物数据集等方面;之后重点归纳重构算法的研究现状,包括基于优化模型的重构算法和基于深度学习的重构算法.基于优化模型的重构算法利用凸优化模型求解线性逆问题,结合平滑、稀疏、低秩等手工设计的先验表示模型降低逆问题的欠定性;基于深度学习的重构算法利用数据驱动的方式建立先验表示模型,结合端到端全网络、深度展开、即插即用等框架求解重构图像.接着比较主流算法的重构质量和计算效率,以峰值信噪比、结构相似度、光谱角制图为重构质量的评价指标,以模型参数量、浮点计算量为计算效率的评价指标.最后讨论现有工作的不足和未来研究趋势,指出当前仍未解决的领域痛点,展望进一步的研究方向,为本领域开拓创新提供参考. 展开更多
关键词 快照光谱成像 编码孔径 图像重构 优化模型 深度学习
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军用红外成像系统新概念新体制的发展 被引量:28
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作者 范晋祥 岳艳军 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2011年第1期1-6,共6页
近年来,新的军事需求对军用红外成像系统提出了持久性监视、大范围覆盖、对目标区高分辨率成像、快速检测出目标事件等多项挑战,为了满足这些要求,军用红外成像系统的新概念、新体制研究成为热点。重点介绍了近年来在军用红外成像系统... 近年来,新的军事需求对军用红外成像系统提出了持久性监视、大范围覆盖、对目标区高分辨率成像、快速检测出目标事件等多项挑战,为了满足这些要求,军用红外成像系统的新概念、新体制研究成为热点。重点介绍了近年来在军用红外成像系统的新概念、新体制研究方面的新进展,并概述了压缩感知理论在新概念红外成像系统领域的应用情况,及用于新概念红外成像系统的微光机电系统和智能化红外焦平面阵列的发展。 展开更多
关键词 红外成像系统 编码孔径成像 计算成像 压缩感知 自适应光谱成像 一体化感知和处理
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基于FISTA算法的编码孔径光谱图像压缩与复原系统 被引量:2
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作者 孙念 胡炳樑 +3 位作者 王爽 闫鹏 孙朗 王铮杰 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2014年第1期238-242,共5页
在研究现有光谱图像压缩与复原的基础上,提出了一种新型的光谱压缩与复原方法,即基于编码孔径的光谱压缩复原系统;在光谱仪的光学系统中加入由数字微镜阵列(DMD)实现的编码模板,该编码模板为一个随机矩阵,可对目标的图谱数据立方体实现... 在研究现有光谱图像压缩与复原的基础上,提出了一种新型的光谱压缩与复原方法,即基于编码孔径的光谱压缩复原系统;在光谱仪的光学系统中加入由数字微镜阵列(DMD)实现的编码模板,该编码模板为一个随机矩阵,可对目标的图谱数据立方体实现瞬时编码,目标的反射光经过该编码模板后三维图谱数据立方体被压缩成一个隐含有光谱信息的二维矩阵。在解码算法方面,首次提出了利用快速迭代收缩阈值算法(FISTA)实现从少量观测值中重构三维图谱数据立方体。该算法在每次迭代中估计一次梯度的同时还计算了一个额外的点。实验结果表明,该算法无论是在收敛速度,还是在复原重构效果上均有明显提高。 展开更多
关键词 编码孔径 快速迭代收缩算法 DMD 图谱压缩 图谱复原
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卫星运动对压缩编码孔径光谱成像的影响 被引量:2
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作者 杨虹 黄远辉 +1 位作者 钟宬 邵晓鹏 《航天返回与遥感》 2013年第2期16-24,共9页
用于遥感光谱成像的光谱成像仪普遍存在信息获取慢、光子收集效率低、信噪比低或焦平面阵列大等问题,另外数据立方体庞大的数据量给数据传输造成了极大压力。为了从根本上解决这些问题,文章提出将压缩编码孔径应用于遥感光谱成像中,即... 用于遥感光谱成像的光谱成像仪普遍存在信息获取慢、光子收集效率低、信噪比低或焦平面阵列大等问题,另外数据立方体庞大的数据量给数据传输造成了极大压力。为了从根本上解决这些问题,文章提出将压缩编码孔径应用于遥感光谱成像中,即压缩编码孔径遥感光谱成像。文章对卫星平台的俯仰、侧滚和偏航运动进行建模,然后利用此模型对成像过程进行仿真和重建,提高了成像品质。由于运动模型以及压缩编码孔径成像技术的引入,使得遥感光谱图像的压缩在成像过程中完成,从而大大提高了传统焦平面阵列的利用率,减小了数据传输的压力,减小了成像光谱仪的体积、质量与成本。 展开更多
关键词 压缩编码孔径 光谱成像 光谱混叠 运动模型 空间遥感
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一种距离相位编码距离模糊抑制技术 被引量:2
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作者 李健 孙光才 +1 位作者 景国彬 邢孟道 《现代电子技术》 北大核心 2018年第13期1-4,9,共5页
提出一种距离相位编码距离模糊抑制技术,该技术通过发射距离相位编码多波形信号,造成距离模糊信号相对于目标信号在距离频域产生频谱偏移。再针对目标信号构造匹配滤波函数和对应其频谱支撑区间的滤波器,滤除部分距离模糊能量并造成距... 提出一种距离相位编码距离模糊抑制技术,该技术通过发射距离相位编码多波形信号,造成距离模糊信号相对于目标信号在距离频域产生频谱偏移。再针对目标信号构造匹配滤波函数和对应其频谱支撑区间的滤波器,滤除部分距离模糊能量并造成距离模糊信号脉压后散焦,从而实现距离模糊的有效抑制,提高合成孔径雷达(SAR)图像质量。最后给出面仿真结果,证明该方法的可行性和有效性。 展开更多
关键词 合成孔径雷达 距离模糊 相位编码 多波形 频谱偏移 图像质量
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推扫误差对计算光谱成像数据重构的影响分析 被引量:1
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作者 王建威 裴琳琳 +1 位作者 刘扬阳 吕群波 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2016年第1期268-272,共5页
计算光谱成像技术利用计算方法改变传统成像方式,在光路中引入编码模板实现正变换,最后通过逆变换获得目标光谱数据立方体。介绍了一种推扫式编码孔径计算光谱成像仪的成像原理,在实际应用中,其推扫速度与帧频的匹配误差会影响光谱数据... 计算光谱成像技术利用计算方法改变传统成像方式,在光路中引入编码模板实现正变换,最后通过逆变换获得目标光谱数据立方体。介绍了一种推扫式编码孔径计算光谱成像仪的成像原理,在实际应用中,其推扫速度与帧频的匹配误差会影响光谱数据重构的准确性。在建立了推扫模型的基础上,得到了重构数据的误差项,分析了匹配误差对光谱数据重构的影响,并引入光谱二次导数误差和strehl比分别作为复原光谱和空间图像的评价参数,进行了数据仿真分析,结果表明,当一组完整数据的累积误差超过一个像元时,明暗变化剧烈的区域恢复结果比较差,而对比较均匀的区域影响不大;累计误差不超过0.5个像元时,各通道的strehl比均在0.9以上,并且光谱能量越低的通道strehl比越小,因此编码模板的行列数越多平台的稳定性要求越高。 展开更多
关键词 计算光谱成像 编码孔径 推扫误差 数据重构
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低功耗异构计算架构的高光谱遥感图像分类研究 被引量:2
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作者 刘鹏飞 朱健晨 +1 位作者 万良易 江波 《计算机工程》 CAS CSCD 北大核心 2022年第12期9-15,23,共8页
高光谱图像分类算法通常需要逐点对图像中的像素点进行迭代处理,计算复杂度及并行程度存在较大差异。随着高光谱遥感图像空间、光谱和辐射分辨率的不断提升,这些算法无法满足实时处理海量遥感图像数据的需求。通过分析NPU存储计算一体... 高光谱图像分类算法通常需要逐点对图像中的像素点进行迭代处理,计算复杂度及并行程度存在较大差异。随着高光谱遥感图像空间、光谱和辐射分辨率的不断提升,这些算法无法满足实时处理海量遥感图像数据的需求。通过分析NPU存储计算一体化模式与遥感图像分类算法的实现步骤,设计低功耗CPU+NPU异构资源计算架构的低秩稀疏子空间聚类(LRSSC)算法,将数据密集型计算转移至NPU,并利用NPU数据驱动并行计算和内置AI加速,对基于机器学习算法的海量遥感数据进行实时分类。受到big.LITTLE计算范式的启发,CPU+NPU异构资源计算架构由8 bit和低精度位宽NPU共同组成以提高整体吞吐量,同时减少图网络推理过程中的能量损耗。实验结果表明,与CPU计算架构和CPU+GPU异构计算架构的LRSSC算法相比,CPU+NPU异构计算架构的LRSSC算法在Pavia University遥感数据集下的计算速度提升了3~14倍。 展开更多
关键词 高光谱遥感 图像分类算法 低秩稀疏子空间聚类 低功耗异构计算架构 编码孔径快照光谱成像
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快照式光谱成像技术综述 被引量:21
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作者 高泽东 高洪兴 +7 位作者 朱院院 李杰 郝群 刘宇 陈超 成刚 曹杰 孟合民 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第6期1323-1343,共21页
系统地分析了各种快照式光谱成像技术并进行了对比。依据光谱数据立方体分割到2D空间进行成像的方法,将不同的快照式光谱成像技术分成图像分割、孔径分割、光路分割和频率分割4类,按类别探讨了17种技术方案的原理、优点、缺点与现状,从... 系统地分析了各种快照式光谱成像技术并进行了对比。依据光谱数据立方体分割到2D空间进行成像的方法,将不同的快照式光谱成像技术分成图像分割、孔径分割、光路分割和频率分割4类,按类别探讨了17种技术方案的原理、优点、缺点与现状,从空间像素数与光谱通道数权衡、图谱匹配、空间采样连续性、光能利用率及动态范围5个方面进行了对比和展望。研究结果有助于相关领域学者快速全面地了解快照式光谱成像仪的研究现状,为进一步提升其综合性能奠定基础。 展开更多
关键词 光谱成像 快照式 通道成像 图像分割 孔径分割 光路分割 频域分割
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多帧图像编码孔径光谱成像技术 被引量:5
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作者 刘世界 张旭东 +2 位作者 张月 李春来 王建宇 《红外与毫米波学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2017年第6期799-804,共6页
在双色散结构编码孔径光谱成像系统(DD-CASSI)的基础上,提出了利用多帧采样图方法(Multi Frame-DD-CASSI),以提高信息采样率,并提出新的数学模型,实现了对三维数据立方体的光谱维压缩编码,充分利用了光谱维数据的相关性,利用32帧采样图... 在双色散结构编码孔径光谱成像系统(DD-CASSI)的基础上,提出了利用多帧采样图方法(Multi Frame-DD-CASSI),以提高信息采样率,并提出新的数学模型,实现了对三维数据立方体的光谱维压缩编码,充分利用了光谱维数据的相关性,利用32帧采样图恢复数据,达到了0.99的光谱曲线相似度和40 db的图像峰值信噪比. 展开更多
关键词 光谱成像 压缩感知 编码孔径光谱成像(cassi) 重构算法
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压缩感知光谱成像技术的编码孔径与探测器匹配优化 被引量:5
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作者 刘铭鑫 张新 +3 位作者 王灵杰 史广维 吴洪波 付强 《中国光学》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第2期290-301,共12页
编码孔径光谱成像仪在实际应用中存在着编码模板与探测器分辨率不匹配从而降低系统分辨率的问题。针对该问题进行了两种情况分析,并通过数学理论建模给出了相应的解决方案。对于编码模板分辨率高于探测器分辨率这一情况,提出引入邻域嵌... 编码孔径光谱成像仪在实际应用中存在着编码模板与探测器分辨率不匹配从而降低系统分辨率的问题。针对该问题进行了两种情况分析,并通过数学理论建模给出了相应的解决方案。对于编码模板分辨率高于探测器分辨率这一情况,提出引入邻域嵌入超分辨技术的方法,实现了基于压缩感知的超分辨光谱成像。对于编码模板分辨率低于探测器分辨率这一情况,提出区块阈值划分的编码孔径,将编码微元按照区块阈值重新划分并进行灰度分级,从而实现低分辨率编码模板的高分辨率编码孔径。利用梯度投影稀疏重构(GPSR)算法进行数据立方体重建,实验结果表明:运用基于超分辨理论的编码孔径快照光谱成像系统所测得的光谱图像更精准,内容更丰富;采用基于区块阈值划分的编码孔径的编码孔径快照光谱成像系统具有更高的空间分辨率和光谱分辨率。结果证实优化后的编码孔径快照光谱成像系统,其分辨率和成像质量大幅度提升,并实现了高分辨率元件的100%利用。 展开更多
关键词 光谱成像 压缩感知 编码孔径 优化设计
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光谱维编码中红外光谱成像系统的光学设计 被引量:2
14
作者 赵雨时 贺文俊 +1 位作者 刘智颖 付跃刚 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2021年第12期302-310,共9页
基于双DMD提出了一种光谱维编码的中波红外光谱成像系统,利用空间维DMD完全补偿了光谱维编码DMD引起的像面倾斜。介绍了系统的组成和工作原理,设计了焦距为240 mm、F数为3的望远系统作为前置成像单元,采用双光路Offner光栅成像系统配合... 基于双DMD提出了一种光谱维编码的中波红外光谱成像系统,利用空间维DMD完全补偿了光谱维编码DMD引起的像面倾斜。介绍了系统的组成和工作原理,设计了焦距为240 mm、F数为3的望远系统作为前置成像单元,采用双光路Offner光栅成像系统配合光谱维编码DMD同时实现了光线的色散、编码和合光等多个功能,设计了放大倍率为1的中继成像系统实现冷光阑匹配。通过整体优化设计实现了对双光路Offner光栅成像系统残余像差的补偿,设计结果表明,系统具有良好的空间成像和光谱性能,作用距离满足设计要求。 展开更多
关键词 光学设计 光谱成像 编码孔径 中波红外
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编码孔径光谱成像仪中凸面闪耀光栅的研制 被引量:2
15
作者 赵雨时 贺文俊 +1 位作者 刘智颖 付跃刚 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2022年第3期391-400,共10页
针对一款基于DMD的光谱维编码Offner光谱成像仪对凸面闪耀光栅的性能要求,提出了一种凸面闪耀光栅的宏观-微观一体化优化设计方法,利用三维偏振光追迹算法有机融合了宏观层面的Offner光学系统设计与微观层面的凸面闪耀光栅槽型设计。介... 针对一款基于DMD的光谱维编码Offner光谱成像仪对凸面闪耀光栅的性能要求,提出了一种凸面闪耀光栅的宏观-微观一体化优化设计方法,利用三维偏振光追迹算法有机融合了宏观层面的Offner光学系统设计与微观层面的凸面闪耀光栅槽型设计。介绍了编码孔径Offner光谱成像系统的组成和工作原理,并结合系统的使用要求设计了一款平均衍射效率为85.47%的中波红外凸面闪耀光栅。在此基础上,采用超精密单点金刚石车床成功制备了曲率半径为120 mm、周期为99.945μm、闪耀角为1.178 3°、槽深为1.834μm的凸面闪耀光栅。测试结果表明,在3~5μm光谱范围内,最大衍射效率为93.46%,平均衍射效率为84.29%,与理论设计值较为吻合,验证了凸面闪耀光栅设计方法的有效性。 展开更多
关键词 光谱成像 凸面光栅 衍射效率 编码孔径
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编码孔径中红外光谱成像系统的光谱重构算法
16
作者 贺文俊 赵雨时 《飞控与探测》 2023年第2期1-9,共9页
针对一款基于双DMD的光谱维编码中波红外光谱成像系统的应用需求,在经典的Hadamard变换完备编码理论基础上,提出了一种具有最大信噪比增益的编码矩阵。结合基于双DMD的光谱维编码中波红外光谱成像系统的光路结构和工作原理,探讨了光谱维... 针对一款基于双DMD的光谱维编码中波红外光谱成像系统的应用需求,在经典的Hadamard变换完备编码理论基础上,提出了一种具有最大信噪比增益的编码矩阵。结合基于双DMD的光谱维编码中波红外光谱成像系统的光路结构和工作原理,探讨了光谱维DMD所加载的编码模板的设计方法。建立了区块化光谱重构算法的数学模型,并进行了实验验证。实验结果表明,原理样机在具有良好的光谱成像能力的基础上,能够实现较高实时性的凝视成像,其在低光谱分辨率模式下光谱数据立方体帧频能够达到22.35帧/s,验证了区块化光谱重构算法的有效性。 展开更多
关键词 光谱成像 编码孔径 中波红外 DMD
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均匀分布狭缝阵列编码光谱成像系统的仿真与验证 被引量:1
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作者 徐艳 李春来 +3 位作者 刘世界 唐国良 谢佳楠 王建宇 《半导体光电》 CAS 北大核心 2021年第4期562-567,共6页
为解决传统色散型高光谱成像仪扫描速度慢和编码孔径光谱成像系统存在部分信息失真或丢失、光谱重构复杂度高等问题,设计了一种基于均匀分布狭缝阵列的光谱成像系统,在编码孔径光谱成像系统的基础上,采用微位移电机控制阵列编码狭缝对... 为解决传统色散型高光谱成像仪扫描速度慢和编码孔径光谱成像系统存在部分信息失真或丢失、光谱重构复杂度高等问题,设计了一种基于均匀分布狭缝阵列的光谱成像系统,在编码孔径光谱成像系统的基础上,采用微位移电机控制阵列编码狭缝对成像视场进行微扫描,以实现光谱不混叠成像,在满足一定成像帧频的条件下实现动态场景的无损探测。仿真结果表明:在光谱图像重构质量与单狭缝系统结果一致的前提下,该系统的采集效率提升了17倍;空间结构相似度和光谱保真度分别是50%压缩采样率编码孔径光谱成像系统的1.8倍和1.17倍,在完成仿真的基础上,搭建实验装置进行了可行性验证。 展开更多
关键词 光谱成像 编码孔径 计算光谱 压缩感知 快照
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基于非局部自相似性的双相机压缩光谱图像重建算法 被引量:1
18
作者 朱骏捷 赵巨峰 +2 位作者 田海军 崔光茫 石振 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第1期27-37,共11页
针对压缩光谱成像的图像重建问题,提出了一种基于非局部稀疏表示与双相机系统的压缩光谱重建方法。首先,利用RGB观测来构建一种三维图像块,使用K均值聚类对图像块进行分类,并以聚类结果来指导目标高光谱图像的光谱块分类,通过主成分分... 针对压缩光谱成像的图像重建问题,提出了一种基于非局部稀疏表示与双相机系统的压缩光谱重建方法。首先,利用RGB观测来构建一种三维图像块,使用K均值聚类对图像块进行分类,并以聚类结果来指导目标高光谱图像的光谱块分类,通过主成分分析获取每个簇的特征用来稀疏表示其他光谱块。然后用构建的三维图像块估计目标光谱图像非局部相似性,并构建目标函数。最后,通过迭代收缩算法与共轭梯度下降法来交替优化目标函数完成重建。仿真和实拍结果表明,所提方法能大幅提升重建质量与精度,在空间和光谱维度上重建误差更小,RGB观测辅助字典学习与相似块估计的方法能有效提升双相机系统的计算效率。 展开更多
关键词 光谱成像 压缩感知 编码孔径 非局部自相似性 稀疏性 双相机
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均匀背景中的动态小目标光谱数据获取方法研究
19
作者 王建威 赵剡 +5 位作者 李伟艳 裴琳琳 孙建颖 孙成明 吕群波 刘扬阳 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2019年第7期2013-2017,共5页
光谱是一种可以表征物质特性的光学信息,利用光谱成像仪可以获取处于视场范围内的物质的光谱图像,成熟的光谱成像技术均需要通过多次采集才能够获取完整的光谱图像数据立方体,相应系统的时间分辨率比较低,不适用于动态目标的光谱获取。... 光谱是一种可以表征物质特性的光学信息,利用光谱成像仪可以获取处于视场范围内的物质的光谱图像,成熟的光谱成像技术均需要通过多次采集才能够获取完整的光谱图像数据立方体,相应系统的时间分辨率比较低,不适用于动态目标的光谱获取。快照式光谱成像在动态目标光谱成像方面具有较大的优势,其中编码孔径快照光谱成像技术是一种将压缩感知计算方法融入到光谱成像过程和图谱重构过程中的光谱成像技术,在采样过程中完成数据压缩,具有高通量优势,可以利用单次曝光的混叠数据,重构出目标光谱数据立方体,实现快照式成像,使得对动态的目标进行监测成为可能。实现监测需要目标的信息满足稀疏性的假设,实际目标很难满足这样的条件,重构误差比较大,不利于对动态的小目标进行监测和识别。针对均匀背景中动态小目标的光谱数据获取,提出一种双色散通道的编码孔径光谱成像方法,系统由两个通道组成,每个通道均包含一个光谱仪,其色散方向互相垂直,并共用一个前置望远镜系统和编码孔径。该系统可以实时观测均匀背景区域中的动态小目标。由于两个通道的色散方向互相垂直,可以从背景中分离出小目标的位置和相对应的编码。假设目标出现在视场中前后,背景的辐射特性变化很小,利用目标出现前的数据计算出背景光谱;目标出现后,通过帧间差分运算,消除背景辐射的影响,提取出目标位置对应色散区域中数据,利用约束最小二乘算法,重构运动小目标的光谱数据立方体。进行光谱数据重构,进行背景光谱补偿后,获得完整的动态小目标光谱数据。文章对成像过程建立了数学模型,并对重构方法进行了仿真验证,结合编码孔径的统计特征,使目标随机出现在不同的位置,统计重构光谱的峰值信噪比概率分布,并调整目标尺寸,分析目标尺寸对重构精度的影响,最后与编码孔径成像系统的两步软阈值迭代算法重构结果进行了对比。结果表明,这种方法在均匀背景中,采用随机编码矩阵进行编码,目标尺寸小于5×5个像元时,相对于编码孔径成像系统,提高了目标的信息重构精度和概率,并且极大的减小了运算量,可以实现对运动目标的实时监测。 展开更多
关键词 光谱成像 编码孔径 运动目标
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数字微镜器件光谱成像技术进展
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作者 石颖超 张路明 +2 位作者 陈飞 苑伟政 虞益挺 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第21期3096-3110,共15页
数字微镜器件(DMD)作为一种灵活、可编程、可独立寻址的空间光调制器件,广泛地应用于无掩膜光刻、光束整形、全息成像、共焦测量等领域。在光谱成像领域,DMD能够对成像视场进行精细可控的调制,从而代替传统的机械掩膜版和机械扫描结构... 数字微镜器件(DMD)作为一种灵活、可编程、可独立寻址的空间光调制器件,广泛地应用于无掩膜光刻、光束整形、全息成像、共焦测量等领域。在光谱成像领域,DMD能够对成像视场进行精细可控的调制,从而代替传统的机械掩膜版和机械扫描结构。综述了近年来DMD在光谱成像领域的研究进展和应用情况,详细论述了基于DMD的编码孔径和推扫式光谱成像系统的光学系统基本结构及工作原理;梳理了基于DMD的光谱成像系统从哈达玛变换光谱成像到推扫式光谱成像的发展脉络;详细介绍了研究人员为克服DMD微镜的衍射以及像面倾斜等像差所做的相关研究工作。最后,总结了基于DMD的光谱成像技术的独特优势,讨论了基于DMD的光谱成像技术未来的发展方向与应用前景。 展开更多
关键词 数字微镜器件 光谱成像 编码孔径 哈达玛变换 推扫式
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