高光谱图像的分布式压缩感知成像与重构

根据高光谱数据的特点,提出了一种基于像元的分布式压缩采样模型来实现高光谱图像的有效压缩采样与重构。搭建了能实现该模型的压缩采样光谱成像系统,并研究了用于该系统成像的重构算法。在图像采集阶段,将高光谱数据分为参考像元和压缩感知像元;地面像元的辐射能通过棱镜进行谱带分离,再利用数字微镜器件实现谱带的线性编码。对压缩感知像元进行低采样率的线性编码,对参考像元进行采样率为1的线性编码。压缩采样数据重构时,不再采用传统方法直接重构高光谱数据,而是利用线性混合模型将重构高光谱数据转换成端元提取和丰度估计,然后根据重构的端元和丰度恢复原数据。对比实验表明,在压缩采样数据为总数据的20%时,重构的平均信噪比提高了10dB。所设计的成像系统应用压缩感知理论减少了采集的数据量,采样方式简单,可应用于星载或机载的高光谱压缩感知成像。     

利用线性预测与查表法的高光谱图像压缩

提出了一种线性预测和多谱带查表相结合的高光谱图像无损压缩算法.首先,根据高光谱图像谱带间具有强相关性的特点,建立基于Yule-Walker方程的线性预测模型,其中方程系数矩阵为非Toeplitz形式的对称矩阵,需要使用改进的Levinson算法进行求解.其次,针对校正后的高光谱图像具有稀疏直方图的特点,提出了多谱带查表法,对线性预测的结果进行修正,去除这些图像中因校正引起的信息冗余;而对未校正图像,则不使用该步骤处理.最后,使用熵编码器对预测误差进行编码.分别使用自适应算术编码和Golomb-Rice编码作为熵编码器进行了测试,结果表明:本文算法具有较高的压缩比,压缩效果好于国际空间数据系统咨询委员会(CCSDS)的标准算法.     

基于多波段预测的高光谱图像分布式无损压缩

提出了一种基于分布式信源编码的高光谱图像无损压缩算法,用于星载高光谱数据的有效压缩.为充分利用高光谱图像较强的谱间相关性,引入多波段谱间线性预测方案获取当前编码块的预测值,有效降低了编码块的最大预测残差值.在此基础上,根据最大预测残差值确定编码块各像素所属陪集的索引,通过传输每个像素所属陪集的索引代替预测残差,实现高光谱图像压缩.对星载可见/红外成像光谱仪(AVIRIS)获取的高光谱图像进行实验,并与已有的典型算法进行比较,结果显示该算法能够取得较好的无损压缩效果,同时具有较低的编码复杂度,适用于星载高光谱图像的无损压缩.     

基于测量基优化的低采样率单像素成像

单像素成像结合压缩感知相关算法利用很少一部分无空间分辨的桶探测器采样值就能重构出成像物体的高质量图像.然而,随机地选取投射的散斑序列无法在更低的采样率下成像.为进一步实现单像素成像在极低采样率下的成像效果,本文提出了基于数据驱动的哈达玛矩阵排序方案,利用对整个数据集的训练效果来自适应地选择透射的散斑信号序列,在重构图像...     

提高关联成像重构质量的研究

比较基于压缩感知关联成像(CGI)与伪逆关联成像(PGI)两者之间的成像效果差异,探讨形态学权重自适应对关联成像去除噪声的效果。选择不同的图像,通过MATLAB软件开展仿真实验,对目标图像分别采样64、256、512、1 024、2 048、3 000次,首先通过关联成像、基于压缩感知关联成像与伪逆关联成像三种方法重构图像,再对比压缩感知与伪逆两种方法重构图像的效果,以峰值信噪比(PSNR)、相关系数(CC)为量化指标,将基于压缩感知关联成像与伪逆关联成像在不同采样次数下进行对比分析。同时,通过实验分析形态学权重自适应去除关联成像中噪声的效果。伪逆关联成像在低次数采样的情况下比基于压缩感知关联成像的成像效果更好,在高采样次数下,基于压缩感知关联成像的成像效果更好。在实际重构中压缩感知关联成像重构的图像仍有噪声,形态学权重自适应可以有效去除关联成像实验中产生的噪声。     

基于压缩感知的频域OCT图像稀疏重构

为了减轻频域光学相干断层扫描成像(Frequency Domain Optical Coherence Tomography,FD-OCT)中高数据量导致的后续数据采集与处理系统的压力,同时解决成像时间和成像质量之间的矛盾,引入了压缩感知技术,并对该技术中的重构算法进行了重点研究。首先,通过分析压缩感知技术的框架,利用离散余弦变换(Discrete Cosine Transform,DCT)获得频域OCT图像的稀疏表示。接着,利用高斯随机矩阵对OCT图像进行线性观测。然后,研究了FOCUSS(Focal Underdetermined System Solver)重构算法的原理,并在算法中结合分块思想、引入正则项lp范数以及嵌入各向异性平滑算子。最后,组合所有小图像块,得到整幅频域OCT图像的压缩感知重构结果。实验结果表明:改进重构算法的运行时间由78.65 s缩短为1.89 s,并且显著改善了图像块效应,将重构图像的PSNR值提高了1.6～2.7 dB,SSIM值可达到0.938 3。压缩感知技术可以用较小的采样数据量精确重构出原始频域OCT图像,改进FOCUSS重构算法可以在一定程度上实现频域OCT图像重构效率和重构质量的平衡。     

图像压缩感知理论研究综述

随着人们对图像数据需求的增大,传统的Nyquist采样理论会产生大量的采样数据,为图像数据的传输和存储带来莫大的困难,压缩感知理论为此难题的解决找到了有效途径,对于可压缩或可稀疏的信号,它能以远远低于Nyquist的采样频率,通过观测矩阵进行非自适应采样,利用重构算法准确重构原始信号。着重介绍了图像压缩感知的理论框架和一些前沿研究算法,并对其进行比较,总结了压缩感知在图像领域的研究近况与应用前景。     

稀疏采样傅里叶望远镜成像

为了实现傅里叶望远镜快速成像,提出了一种稀疏采样图像重构方法,并对利用稀疏傅里叶样本精确重构目标图像的问题进行了研究。首先,基于压缩感知理论,并考虑目标图像在变换域的稀疏性或可压缩性,建立稀疏采样图像重构问题的优化模型。然后,构造适当的随机稀疏采样模板,对目标图像的傅里叶分量进行采样测量。最后,利用随机稀疏测量样本,通过非线性优化精确重构目标图像。实验结果显示,对实际的卫星图像,利用20%～30%随机测量样本非线性重构图像与利用全部测量样本直接重构图像的均方误差仅为4%～6%,表明利用随机稀疏傅里叶样本能够实现精确的图像重构,而且大大减少了测量样本的数量,从而有效降低了实现快速成像对傅里叶望远镜系统的成本和复杂性要求。     

面向光学遥感影像的高效编码与重构

为了降低大面阵相机所面临的数据采集与传输压力,借鉴压缩感知理论,提出一种光学遥感影像高效编码与重构方法.首先,构建了空域与感知域联合的多域联合感知矩阵,在采样的同时实现压缩,获取多重压缩域信息.然后,面向多域压缩信息,提出一种基于Huber函数的重构方法,实现图像的快速和高保真重构.实验结果证明:本文所提出的光学图像高效编码与重构方法,PSNR和SSIM均优于JPEG压缩方法,针对吉林一号、单一目标红外影像、场景红外影像,PSNR达到40 dB,SSIM优于0.8.本文基于该方法设计了一套高效光学图像编码与重构系统,能够实现星上快速压缩和高保真重构的需求.     

基于过完备线性预测字典的压缩感知语音重构

基于语音信号帧内样值间的相关性和冗余域的稀疏性,针对采用离散余弦转换矩阵及基追踪方法对压缩感知采样语音进行重构时,语音稀疏性不够好导致大压缩比采样后重构效果差的缺点,提出采用过完备线性预测字典做转换矩阵,用基追踪重构算法对压缩感知采样语音进行高质量重构。该方法预先由训练语音的预测系数聚类构造过完备字典,不需要测试语音的预测系数;基于过完备线性预测字典重构信号性能良好。对利用基追踪重构的语音进行了主客观评价,得出结论:同样的观测数目下,基于过完备线性预测字典比基于离散余弦变换矩阵压缩感知采样语音重构信噪比高出3～8 dB。     

4S技术在轴承企业环境监测应用中的研究

探讨地理信息系统技术、在线测量技术、全球卫星定位技术和通用分组无线业务四种技术在轴承企业环境监测系统中的应用及意义。基于以上四种技术的轴承企业环境监测信息系统既能及时获得动态的轴承企业环境信息 ,还能充分利用存储在各个部门的各种信息对区域轴承企业环境等进行综合分析、系统仿真研究     

高空间分辨率分布式光纤测温系统的设计及应用

分布式光纤测温系统是一种新型的线型感温探测器,以光纤作为传感器,可实现沿光纤分布的温度实时测量。理论分析了分布式光纤测温系统的原理以及影响空间分辨率指标的因素,并给出了0.5m高空间分辨率分布式光纤测温系统的设计以及测试情况。将高空间分辨率分布式光纤测温系统应用于电缆温度测量,测量结果表明0.5m空间分辨率下对小区域电缆过热点的探测更为显著,可及时发现潜在的火灾隐患。     

基于FBG光纤光栅薄膜温度传感器的研究

基于FBG光纤光栅的温度传感原理，采用薄膜的多层膜系分析方法建立了FBG光纤光栅薄膜传感器的理论模型，并利用光学薄膜中心波长随温度呈线性变化制成温度传感装置。计算表明，当薄膜与基片的热膨胀系数相同时，薄膜的温度传感系数与FBG的相当。实际测得所用膜系的温度传感系数为0．017nm／℃．     

分布式光纤测温技术综述

光纤传感器以其独特的优点得到了人们的普遍关注,尤其分布式光纤传感技术在土木工程等大范围测量领域成为研究热点。通过对目前分布式光纤测温技术的系统论述,提出了分布式光纤测温技术的两个研究方向:基于光纤后向散射的光时域及频域反射技术的分布式光纤测温和基于光复用技术的光纤光栅分布式测温。通过对分布式光纤测温技术两个方向的工作原理、特点及性能的理论分析及仿真实验,综合论述和分析了分布式光纤测温技术两个方向的优点和缺陷,以及在具体工程中的实际应用。     

光纤光栅管式封装工艺研究

使用了外径0.8mm、内径0.58mm、长度40mm的不锈钢钢管作为套管材料,对光纤光栅进行了保护型封装,并且提出了单头式和双头式两种光纤光栅温度传感器的管式封装方法,制作得到只对温度敏感的温度传感器。通过应力拉伸试验检验了封装的可靠性,并采用水浴试验研究了其温度传感特性。结果表明,单头式封装方式比双头式封装效果更好,依然保持着非常好的波长与温度之间的线性关系,线性拟合度均达到0.997以上,并且均得到很好的重复性。采用该封装工艺可以有效地解决光栅交叉敏感问题,从而满足了一些对光纤光栅传感器尺寸和兼容性要求较高的场合的需要。     

点钞机自动控制设计信号的选取和采集

本文从传感器应用的角度对点钞机的功能和指标进行分析和阐述，并重点分析几种常用传感器在实现点钞机自动控制方面的工作原理及应用。     

桑色素-Al掺杂的溶胶-凝胶薄膜修饰的MPOF光纤氟离子传感探头

本文通过对微结构聚合物光纤修饰桑色素-铝配合物掺杂的凝胶薄膜,制备了一种氟化物光纤传感探头。这种探头的结构基于微结构聚合物光纤实现,其内部具有贯穿的微孔道结构,这种微孔结构可以作为敏感材料的载体以及微传感池。敏感层的修饰通过溶胶-凝胶过程实现,将掺有桑色素-铝的溶胶直接吸入光纤内部,可以在光纤微孔阵列中形成凝胶敏感膜。微结构光纤内部可以容纳微量液体,传感过程在微孔道内进行。传感原理基于荧光淬灭远离实现,氟离子对凝胶膜中桑色素-铝具有强烈的荧光淬灭作用,因此传感探头对于不同浓度的氟离子溶液表现不同的荧光强度。在pH值为4.6的条件下,探头对于氟离子具有良好的响应,其传感范围为5-50mmol/L。     

基于温度减敏的光纤Bragg光栅应变传感器

分析了光纤Bragg光栅(FBG)传感器的温度、应变交叉敏感机制,基于等强度梁的变形特点,提出了一种新型的90°楔形传感探头式双光纤光栅矩阵算法,既克服了传统矩阵算法的限制,又有效地消除了光纤Bragg光栅测量过程中温度对应变测量的影响,且由这种结构上的减敏措施,可以求出温度的变化。该方案简单易行,具有实际应用价值。改进封装工艺,可以使得测量数据更加精确。     

多光束干涉光纤FP探针脉动微压传感研究

本文提出一种面向脉动微压传感的多光束干涉光纤法布里-珀罗(FP)探针。建立探针多光束干涉波长漂移与微压传感模型,分析其在气、液相环境中微压灵敏度差异。采用化学腐蚀、放电熔接、精密切割技术制备光纤探针器件。利用医用注射器、透明柔性软管、石英插芯构建微压测试环境,通过有限元仿真分析测试环境内部压强分布情况,在气相环境压强范围14.41～85.22 kPa、液相环境压强范围4.50～26.02 kPa的测试条件下,对3支光纤探针微压传感特性进行分析。实验结果表明,气、液相环境中,探针波长均随压强增大发生红移现象,反之,发生蓝移现象;气相环境探针平均微压灵敏度可达8.210 pm·kPa^-1,液相环境探针平均微压灵敏度可达66.720 pm·kPa^-1,高于气相环境,与理论模型相符。选取气、液相环境中微压灵敏度最高的光纤探针进行液相脉动微压传感特性研究。实验结果表明,5个脉动周期内探针波长响应良好,且重复性误差较小。本文提出的光纤探针结构紧凑,易于制备,灵敏度高,可实现1 Hz频率范围内的脉动微压传感,为液相环境脉动微压传感提供了重要的参考价值。     

一种新颖的温度压强同时区分测量的光纤Bragg光栅传感器

提出了一种新颖的基于小位移平面膜片的温度压强同时区分测量的光纤B ragg光栅传感器。该传感器中的光纤B ragg光栅沿径向粘贴于膜片上。光纤光栅中心波长和峰值波长的温度响应灵敏度近似相等,与所加压力无关;压强灵敏度因膜片上所产生的非均匀应变而不同,且与温度无关。通过测量中心波长和峰值波长,实现了单根光栅对温度压强的同时区分测量。从理论和实验上给出了温度、压强响应与峰值波长、中心波长之间的关系式。在30~120℃温度范围和0~6M Pa压强范围内,用此传感器测得的温度值和压强值与用温度计测得的温度值和用压力表测得的压强值之间的偏差分别不大于2℃和0.2M Pa,此偏差大小与仪表最小分度值2℃和0.1M Pa很接近,表明该传感器具有很好的温度、压强响应特性。