哈达玛变换光谱仪压缩系统研究

基于数字微镜器件（Digital Micro-mirror Device,DMD）的哈达玛变换光谱技术是一种新型的光谱成像技术,在国内很少有专门的文献介绍[1-3]。文中先介绍了本实验采用的哈达玛光谱仪样机的原理以及哈达玛成像光谱仪优于传统模板的独特之处,即获得多通道高能量高信噪比的光谱数据,然后描述对采集到的数据做高信噪比,高分辨率压缩处理,最后说明此方法实时性强、图像失真小、实用价值高、应用范围广。     

基于哈达玛矩阵编码测量的自适应压缩成像

为了消除采样过程中的噪声干扰,进一步提高重构图像质量,针对数字微镜阵列(DMD)与桶探测器在测量过程中点对点采样产生的起伏噪声导致图像信噪比降低的问题,提出基于哈达玛矩阵编码测量的压缩采样成像方法。首先采用DMD分区控制方法,利用哈达玛编码测量,计算获得低分辨率的粗糙图像,接着在预测的重要小波系数所在区域,对同一尺度上的重要区域利用哈达玛矩阵进行投影,同时计算出这些区域的小波系数,最后通过小波逆变换获得重构图像。实验表明,在测量噪声为0.2倍的热噪声下,只需要10%的采样率,通过哈达玛编码测量,图像峰值信噪比从13.98dB最高提高到34.56dB,提高了20.58dB,成像质量明显改善,清晰度高。当存在较大的测量噪声时,该方法可以大幅提高图像的信噪比,尤其适用于微弱光信号条件下的高灵敏压缩采样成像。     

采用步进系数校正基于DMD的Hadamard变换光谱数据

数字微镜器件（DMD）代替移动式机械模板作为空间光调制器是Hadamard变换光谱技术的最新发展方向。在实际的工程设计中,投射到DMD上的色散光谱无法被所构造的Hadamard编码模板完美地按照S矩阵进行编码,这一现象将会给光谱反演带来误差。文中提出了一种采用步进系数校正光谱图像的方法,根据像素点在图像上空间位置的不同,在其相应的S编码矩阵中引入一个步进系数进行校正,实验结果表明通过该方法反演得到的光谱图像逼近目标的真实光谱。     

基于MOMES的Hadamard编码模板的设计方法

长期以来Hadamard变换成像光谱技术一直受到编码模板的制约而发展缓慢,然而随着微光机电系统(MOMES)的出现,基于数字微镜器件设计Hadamard编码模板为Hadamard变换成像光谱技术的发展提供了新的契机。介绍了一种基于数字微镜器件(DMD)的Hadamard变换成像光谱仪的物理模型及其Hadamard编码模板的设计方法,该方法控制DMD将光谱仪的光谱响应范围对应的色散光谱的宽度按照S矩阵的阶数等分,在空间上形成循环变化的Hadamard编码模版。实验表明光谱仪原理样机取得的光谱曲线与辐射度计取得的光谱曲线相似度很高,有力证明了基于DMD设计的编码模板对色散光谱的良好调制作用。     

DMD编码哈达玛变换高灵敏成像

为了增强探测器在微弱光信号条件下的成像质量,提出了一种利用哈达玛变换(Hadamard Transform,HT)实现高灵敏探测的成像方法。基于探测器噪声独立于信号,且每次测量噪声也相互独立的假设,分析了在哈达玛编码成像与经典成像中,噪声对图像信噪比的影响。推导出编码成像的信噪比提升与编码模板长度n有关,约为经典成像信噪比的n/2 倍。同时采用分区编码的方式,减小了高分辨率图像的编码时间。实验结果表明,与经典成像方式相比,采用分区编码的哈达玛变换成像方法明显的提高了图像的信噪比,同时可以在高分辨率图像条件下,缩短编码时间。     

数字微镜Hadamard变换光谱仪光谱反演矩阵标定及实验

国内外对DMD空间光调制的Hadamard变换成像光谱仪做了大量的理论研究和实验验证,但这项技术的研究还不够成熟,很多问题需要进一步的研究。在这种光谱仪中每个像素点色散光谱的编码矩阵互不相同。通过比较激光编码图像灰度值的变化并结合S矩阵元素的变化规律,提出了一种光谱反演矩阵的标定方法。以七阶左移循环S矩阵为例设计编码模板,通过两组成像实验对光谱反演结果进行了验证。在第一组实验中,将一束激光波长为632.8 nm激光导入光谱仪中,光谱仪的光谱响应范围为550~680 nm,632.8 nm在第五个波段范围626~644 nm之内理论上只有波段范围为626~644 nm的第五幅光谱图像是明亮的,其余的图像没有能量分布,实际的实验结果与理论上的分析相吻合。在第二组实验中,让光谱仪对一个彩色蝴蝶模型进行成像,在反演后得到的光谱图像上提取两个测试点的光谱曲线,与用辐射度计提取的光谱特性曲线进行对比分析,实验结果表明反演所得的光谱曲线与辐射度提取的光谱特性曲线基本一致。两组光谱反演的实验结果验证了所提出的光谱反演矩阵标定方法的有效性。     

哈达玛变换光谱仪

1.引言 哈达玛变换光谱仪是一个通过光学调制过程来获取光谱信息的装置。因为使用了色散系统,因此将常规的单狭缝出射模板代以按哈达玛矩阵循环码刻制的多条缝模板,它是一种色散光谱调制器,其结构示见图1。     

Hadamard变换光谱成像仪光谱复原矩阵修正算法

提出了基于数字微镜阵列(DMD)的Hadamard变换光谱成像仪编码模板的修正算法。利用原理样机获得了目标的光谱数据立方体,在分析DMD结构特点的基础上,建立了一种Hadamard变换光谱复原矩阵修正算法,用于修正DMD狭缝及像元尺寸与DMD尺寸不匹配对相关区域光谱数据产生影响。实验结果表明,修正算法提高了光谱图像的成像质量,同时保证了受影响区域复原光谱与未受影响区域复原光谱相似度达到98.88%以上。     

噪声对哈达码变换解码算法的影响

在哈达码变换成像光谱仪中,哈达码解码是非常重要的,其中噪声对解码又带来一定的影响.介绍了哈达码变换成像光谱仪的基本原理,在此基础上重点分析了用逆滤波法对哈达码解码的算法.在实际的成像过程中,由于会不可避免地引进噪声,通过分析,初步研究了高斯模糊噪声对哈达码解码算法的影响,并给出了计算机仿真结果,对于进一步研究哈达码解码算法具有重要意义.     

基于Contourlet和哈达玛变换的图像零水印算法

为了改善图像水印的鲁棒性和不可见性,提出一种零水印方案。首先将原始载体图像进行Contourlet分解,对其低频子图进行分块哈达玛变换,利用哈达玛变换后系数的均值来生成构造图像,再将其与置乱后的水印一起输入细胞神经网络(CNN),得到注册图像。实验结果表明该方法具有较好的鲁棒性;而且算法复杂度较低,便于实时处理。     

热红外高光谱成像仪光谱匹配盲元检测算法

受红外焦平面阵列生产工艺及材料本身特性影响,红外焦平面阵列不可避免地存在盲元,严重困扰红外数据的处理与应用。光栅分光推扫式热红外高光谱成像仪一般以红外焦平面阵列的其中的一维作为光谱维进行推扫式成像,空间维只剩一维,与一般的热像仪具有二维空间维的成像机制有很大区别。常规的实验室定标法和开窗处理的场景检测方法不能满足该成像方式的盲元检测需求。以热红外高光谱成像仪中的盲元检测为目标,有针对性地提出了基于光谱匹配的盲元检测算法。该方法从光谱维角度出发,以不同温度实验室黑体定标数据生成温升光谱数据,在数据规则化处理的基础上,自动提取有效像元目标的伪光谱曲线,采用光谱角匹配的方式实现盲元的自动检测。以典型的热红外高光谱成像仪获取数据并开展盲元检测实验,结果表明该方法充分利用了热红外高光谱成像仪的光谱维信息,检测精度较高,盲元补偿后的数据可满足热红外高光谱数据的行业应用。     

Compression of multispectral images by spectral classification andtransform coding

This paper presents a new technique for the compression of multispectral images, which relies on the segmentation of the image into regions of approximately homogeneous land cover. The rationale behind this approach is that, within regions of the same land cover, the pixels have stationary statistics and are characterized by mostly linear dependency, contrary to what usually happens for unsegmented images. Therefore, by applying conventional transform coding techniques to homogeneous groups of pixels, the proposed algorithm is able to effectively exploit the statistical redundancy of the image, thereby improving the rate distortion performance. The proposed coding strategy consists of three main steps. First, each pixel is classified by vector quantizing its spectral response vector, so that both a reliable classification and a minimum distortion encoding of each vector are obtained. Then, the classification map is entropy encoded and sent as side information, Finally, the residual vectors are grouped according to their classes and undergo Karhunen-Loeve transforming in the spectral domain and discrete cosine transforming in the spatial domain. Numerical experiments on a six-band thematic mapper image show that the proposed technique outperforms the conventional transform coding technique by 1 to 2 dB at all rates of interest.     

基于条纹边缘解码的结构光三维测量技术

基于结构光的三维视觉测量关键问题之一就是如何准确地获取投射光的投射角.本文结合三角法公式提出了基于Gray码边缘编码解码的投射角求取方法.该方法采用等宽Gray码条纹进行编码,采用一种基于边缘导向的亚像素定位技术提取条纹边缘,用其上象素点进行解码,消除了Gray码固有的一位解码误差,同时将图像采样点定位准确度和图像采样点与物面采样点的对应准确度提高到亚像素级.此外,分析了等宽编码条纹对投射角划分不平均导致的测量误差,并加以修正.最后,利用3dsmax、Matlab软件仿真了测量系统,重构出被测表面.实验结果表明,测量误差约为0.05%.     

基于红外热像波段拓展的多光谱成像研究

红外目标多光谱图像为目标红外辐射特性的研究提供了有效的手段,在目标材质识别、伪装目标辨识和复杂背景抑制等目标探测技术领域有着极为重要的应用。以黑体辐射理论为基础,提出了一种基于波段拓展的红外多光谱成像的方法。首先,利用中波红外热像仪（3～5 μm）采集红外图像,通过目标表面的真实红外辐射反推出热图像中不同像素点的温度值,然后利用普朗克公式可以获得不同像素点在预拓展波段处的辐射出射度数值,最后根据这些数值进行红外多光谱成像。     

星载遥感短波红外高速高光谱成像仪坏像元识别

为改善干涉成像短波红外高速高光谱成像仪的坏像元对复原光谱的影响,利用高光谱成像仪测试流程建立了坏像元识别模板,以提高坏像元识别效率。首先,按照高光谱成像仪测试流程设置增益模板和帧频模板并采集图像数据,依据正常像元增益响应设定合理判定阈值Th₁,识别不同增益下异常像元并记录对应坐标值;再依据正常像元帧频响应灰度值设定合理判定阈值Th₂,识别不同帧频下异常像元并记录坐标值。最后,对比增益模板和帧频模板判定的异常像元,融合确定坏像元。实验结果表明基于增益模板和帧频模板的识别方法在不增加设备研制测试成本的同时有效识别出短波红外高光谱成像仪探测器的坏像元,为可靠识别短波红外高光谱成像仪坏像元提供了一种低成本、高效可靠的新方法,提高了干涉成像高光谱成像仪光谱反演准确性。     

A Document Image Model and Estimation Algorithm for Optimized JPEG Decompression

The JPEG standard is one of the most prevalent image compression schemes in use today. While JPEG was designed for use with natural images, it is also widely used for the encoding of raster documents. Unfortunately, JPEG's characteristic blocking and ringing artifacts can severely degrade the quality of text and graphics in complex documents. We propose a JPEG decompression algorithm which is designed to produce substantially higher quality images from the same standard JPEG encodings. The method works by incorporating a document image model into the decoding process which accounts for the wide variety of content in modern complex color documents. The method works by first segmenting the JPEG encoded document into regions corresponding to background, text, and picture content. The regions corresponding to text and background are then decoded using maximum a posteriori (MAP) estimation. Most importantly, the MAP reconstruction of the text regions uses a model which accounts for the spatial characteristics of text and graphics. Our experimental comparisons to the baseline JPEG decoding as well as to three other decoding schemes, demonstrate that our method substantially improves the quality of decoded images, both visually and as measured by PSNR.     

Additive vector decoding of transform coded images

In a standard transform coding scheme of images or video, the decoder can be implemented by a table-lookup technique without the explicit use of an inverse transformation, In this new decoding method, each received code index of a transform coefficient addresses a particular codebook to fetch a component code vector that resembles the basis vector of the linear transformation. The output image is then reconstructed by summing a small number of nonzero component code vectors. With a set of well-designed codebooks, this new decoder can exploit the correlation among the quantized transform coefficients to achieve better rate-distortion performance than the conventional decoding method. An iterative algorithm for designing a set of locally optimal codebooks from a training set of images is presented. We demonstrate that this new idea can be applied to decode improved quality pictures from the bitstream generated from a standard encoding scheme of still images or video, while the complexity is low enough to justify practical implementation.     

星载紫外环形光谱仪科学数据处理的设计与实现

为将环形光谱仪下传的原始数据快速转换为待反演的亮度数据,建立了紫外环形光谱仪科学数据处理系统。采用文档-视图的数据流架构,保证数据流之间的无干扰处理;采用暗像元均值对探测器噪声进行校正;采用比例法将像元响应换算为标准积分时间和增益条件下的响应值;采用无须通道光谱响应函数满足高斯函数的光谱积分法将像元响应换算为亮度,并提供指定区域的相对标准偏差统计作为图像转换正确性的快速判据。实验结果表明:系统在测试环境中用352s时间内流畅处理了环形光谱仪在987s内产生的2.19GB图像数据,生成4.96GB亮度数据,亮度换算后精度为10~(-7)lm。系统为卫星运控中心与用户之间提供了快速、准确的数据接口链路,保证了数据反演的准确性和实效性。     

光谱编码计算关联成像技术研究

现有的多光谱成像技术通常采用光学分光的方式，使用多个探测器对成像场景的光谱图像进行采集，导致现有成像系统复杂，数据量大、效率低。针对现有技术的不足，提出基于正交调制模式的光谱编码计算关联成像技术。通过正交光谱编码矩阵融合Hadamard基图案构造投影散斑对宽带光源进行调制，单像素探测器收集成像物体与调制光源相互作用后的反射信号；应用演化压缩技术复原成像物体的混叠光谱图像；利用编码矩阵的正交性质解码出欠采样的光谱分量图像，对分离出的图像应用组稀疏压缩感知算法重构全采样的光谱分量图像，最后融合出成像物体的多光谱图像。通过数值模拟与实验两方面验证了所提方法的高效性。所提的技术简化了多光谱关联成像系统，降低了数据量。光谱编码方法可以扩展到更多的光谱通道，也可以应用在偏振关联成像、信息加密等领域。