【摘要】：光譜數(shù)據(jù)是一種高維數(shù)據(jù),包括二維空間信息和一維光譜內(nèi)容,光譜維度由不同波段的單色圖組成。高光譜圖像可以提供遠(yuǎn)超人眼和商用級(jí)相機(jī)的豐富的光譜特征,對(duì)計(jì)算機(jī)視覺(jué)任務(wù)具有重大意義,因此存在的廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景,例如目標(biāo)跟蹤、燃燒分析、場(chǎng)景分割等。然而現(xiàn)有光譜成像器件的高結(jié)構(gòu)復(fù)雜性以及昂貴的成本限制了光譜數(shù)據(jù)的廣泛應(yīng)用。本文主要從計(jì)算光譜成像技術(shù)入手,屬于計(jì)算攝像領(lǐng)域。首先探討了光譜成像儀的發(fā)展歷史,總結(jié)了現(xiàn)有光譜成像設(shè)備的采集特點(diǎn),明確光譜成像采集系統(tǒng)仍需克服的一些挑戰(zhàn)。其中,針對(duì)如何有效提升光譜成像采集時(shí)的進(jìn)光量和降低光譜采集系統(tǒng)的成本等課題,提出了新型的光譜成像采集方案。本文的主要工作如下:1.研究了因?yàn)樯a(chǎn)生的模糊圖像的DoB(Difference of Blur)性質(zhì),并建立了相應(yīng)的圖論模型,通過(guò)證明無(wú)向無(wú)環(huán)圖與其生成樹(shù)之間存在等秩、滿秩及解空間相同等特點(diǎn),推斷出與DoB約束相對(duì)應(yīng)的鄰接矩陣的秩為N-1,進(jìn)一步得到使用單張色散模糊圖片和一個(gè)已知點(diǎn)的光譜信息即能成功解耦出高維光譜數(shù)據(jù)的結(jié)論。2.提出了一種基于邊緣阻塞式掩模的光譜成像系統(tǒng),該掩模使得光譜成像系統(tǒng)的通光量近乎全部通過(guò),且同時(shí)約束被阻塞邊緣的光譜響應(yīng)為零,也即提供了額外需要光譜信息的已知點(diǎn)。同時(shí)使用混合式采集系統(tǒng),一路采集清晰圖像用于提取完整的邊緣信息,另一路采集帶有邊緣阻塞的色散模糊圖片提供光譜和空間耦合信息,進(jìn)一步提出像素級(jí)解耦算法,搭建系統(tǒng)原型驗(yàn)證了此方案的可行性,大大提升了采集信噪比和系統(tǒng)的噪聲容忍性。3.提出了一種緊湊式彩色編碼光譜采集方案。該方案使用僅商用級(jí)彩色打印機(jī)作為輔助獲取彩色編碼模塊鑲嵌在傳感器成像面上,該采集系統(tǒng)尺寸僅受限于傳感器的大小,大幅降低了光譜采集系統(tǒng)的成本和體積。且可以獲得高保真度的光譜重建結(jié)果。該方案從噴墨打印機(jī)墨滴分布隨機(jī)性和混合調(diào)制曲線不相關(guān)的特點(diǎn)著手,分析影響打印掩模非相關(guān)觀測(cè)基個(gè)數(shù)的因素,根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果指導(dǎo)選定最佳的打印參數(shù)和彩打方案。4.提出了基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行光譜解碼重建,設(shè)計(jì)了優(yōu)化目標(biāo)函數(shù),提出針對(duì)光譜維度特性的混合損失函數(shù)。充分利用了卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)大的先驗(yàn)學(xué)習(xí)能力,大大減少了采集重建所需要的時(shí)間,且在仿真數(shù)據(jù)和實(shí)采數(shù)據(jù)上驗(yàn)證了方案的簡(jiǎn)易有效性和光譜重建細(xì)節(jié)高保真特點(diǎn)。
【學(xué)位授予單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：O433;TP391.41
【圖文】：

將３維的光譜數(shù)據(jù)采集到２維的成像平面上，一般情況下，為了避免逡逑光譜混疊效應(yīng)，傳統(tǒng)的光譜成像采集儀器�；趻呙璧姆绞絹�(lái)獲得整張全逡逑空間分辨率的光譜數(shù)據(jù)。如圖２－１所示，撣掃式表示采集儀器是靠平面反逡逑射鏡的旋轉(zhuǎn)或者擺動(dòng)對(duì)目標(biāo)物體做逐點(diǎn)采集，標(biāo)定對(duì)齊之后得到空間結(jié)逡逑構(gòu)信息，例如ＡＶ１ＩＳ（機(jī)載可見(jiàn)光／紅外成像光譜儀Ａｉｒ邋Ｖｉｓｉｂｌｅ／Ｉｎｆｒａｒｅｄ邋Ｉｍａｇｉｎｇ逡逑Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ）邋［１］，如圖２－２所不；推掃式表不狹縫設(shè)置在物鏡、快門(mén)、色散兀逡逑件之后，搭配固態(tài)線陣傳感器或者光機(jī)與面陣傳感器使得不同波長(zhǎng)或者不同場(chǎng)逡逑景位置的光線不重疊地逐行保留下來(lái)，然后經(jīng)過(guò)波長(zhǎng)配準(zhǔn)，圖譜矯正等操作將逡逑圖像和光譜信息同時(shí)采集存儲(chǔ)，例如ＨＹＤＩＣＥ邋［２０，邋２１］。逡逑基于掃描式的光譜成像儀器一般能獲得較高的光譜維度分辨率，空間信息逡逑需要通過(guò)犧牲時(shí)間來(lái)獲取

［１０］等人提出非掃描式計(jì)算成像的方法（ＣＴＩＳ，邋Ｃｏｍｐｕｔｅｄ－Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ邋Ｉｍａｇｉｎｇ逡逑Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ），主要基于中心切片定理，使用三個(gè)正弦相位依次增長(zhǎng)６０度的全逡逑息光柵實(shí)現(xiàn)了多個(gè)方向上的多階色散投影，如圖２－３所示，實(shí)現(xiàn)了在二維平面逡逑上記錄多個(gè)三維投影，基于泊松似然法則，使用最大似然（Ｍａｘｉｍｕｍ邋ｌｉｋｅｌｉｈｏｏｄ）逡逑方法重建得到三維數(shù)據(jù)。但是其成像焦平面面積有限，容易出現(xiàn)丟失錐問(wèn)題。逡逑空間光譜混合編碼壓縮成像儀（Ｓｐａｔｉａ卜Ｓｐｅｃｔｒａｌ邋Ｅｎｃｏｄｅｄ邋Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅ邋ＨＳ逡逑Ｉｍａｇｅｒ，邋ＳＳＣＳＩ）于２０１４年被Ｘｉｎｇ邋Ｌｈｉ等人提出丨１２］，該系統(tǒng)使用色eW光柵將光逡逑

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本文編號(hào)：2734093