基于FISTA 算法的编码孔径光谱图像压缩与复原系统

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

基于FISTA 算法的编码孔径光谱图像压缩与复原系统

孙念, 胡炳樑, 王爽, 闫鹏, 孙朗, 王铮杰

文章导航 > 红外与激光工程 > 2014 > 43(1): 238-242

孙念, 胡炳樑, 王爽, 闫鹏, 孙朗, 王铮杰. 基于FISTA 算法的编码孔径光谱图像压缩与复原系统[J]. 红外与激光工程, 2014, 43(1): 238-242.

引用本文:

孙念, 胡炳樑, 王爽, 闫鹏, 孙朗, 王铮杰. 基于FISTA 算法的编码孔径光谱图像压缩与复原系统[J]. 红外与激光工程, 2014, 43(1): 238-242.

Sun Nian, Hu Bingliang, Wang Shuang, Yan Peng, Sun Lang, Wang Zhengjie. Reconstruction of compressive spectral imaging system of a FISTA algorithm-based coded aperture[J]. Infrared and Laser Engineering, 2014, 43(1): 238-242.

Citation:

Sun Nian, Hu Bingliang, Wang Shuang, Yan Peng, Sun Lang, Wang Zhengjie. Reconstruction of compressive spectral imaging system of a FISTA algorithm-based coded aperture[J]. Infrared and Laser Engineering, 2014, 43(1): 238-242.

基于FISTA 算法的编码孔径光谱图像压缩与复原系统

孙念^1,2,
胡炳樑¹,
王爽¹,
闫鹏¹,
孙朗¹,
王铮杰¹

1.
中国科学院西安光学精密机械研究所,光谱成像技术重点实验室,陕西西安710119;
2.
中国科学院大学,北京100049

基金项目:

国家自然科学基金(40805013);国家重点基础研究发展计划(2009CB724005)

作者简介:
孙念（1987-），女，硕士生，主要是从事光谱成像方面的研究。Email：sunnian1234@163.com

中图分类号: O433.1

Reconstruction of compressive spectral imaging system of a FISTA algorithm-based coded aperture

1.
Laboratory of Spectral Imaging Technique,Xi'an Institute of Optics and Precision Mechanics,Chinese Academy of Sciences,Xi'an 710119,China;
2.
University of Chinese Academy of Sciences,Beijing 100049,China

摘要: 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。
- 编码孔径 /
- 快速迭代收缩算法 /
- DMD /
- 图谱压缩 /
- 图谱复原
Abstract: A compression and reconstruction solution based on coded aperture was proposed. In this system, the 3D spatial-spectral information about a scene of interest was coded by a random binary element pattern which was achieved by Digital Micro-Mirror Device (DMD), and the processing was snapshot. As a result the 3D information was encoded into a 2D representation. In decoding, a Fast Iterative Shrinkage-Thresholding Algorithm (FISTA) was proposed on the basis of the Two-Step Iterative Shrinkage-Thresholding (TwIST) algorithm. The method developed in this paper did not require more than one gradient evaluation at each iteration, but just an additional point was smartly chosen and easy to compute. The experiments show that the reconstruction performance is much better than TwIST and GPSR both in spatial dimension and spectral dimension.
- coded aperture /
- fast iterative shrinkage-thresholding algorithm /
- DMD /
- spectral image compression /
- spectral image reconstruction

[1]	Shao Xiujuan, Hu Bingliang, Yan Peng. Design of multi- spectral adaptive spectrometer based on Hadamard transform[J]. Infrared and Laser Engineering, 2010, 39(5): 963-966. (in Chinese) 邵秀娟, 胡炳睴, 闫鹏. Hadamard 变换多谱段自适应光谱仪[J]. 红外与激光工程, 2010, 39(5): 963-966.
[2]
[3]
[4]	Love S P. Programmable matched filter and Hadamard transform hyperspectral imagers based on micro-mirror arrays[C]//SPIE, 2009, 7210: 721007.
[5]
[6]	Donoho D. Compressed sensing [J]. IEEE Trans Information Theory, 2006, 52(4): 1289-1306.
[7]	Jia Xin, Liao Zhijie, Xing Tingwen. Optical system design of dynamic infrared scene projector based on digital- micromirror device [J]. Infrared and Laser Engineering, 2008, 37(4): 692-696. (in Chinese) 贾辛, 廖志杰, 邢延文. 基于DMD 的动态红外场景投影光学系统设计[J]. 红外与激光工程, 2008, 37(4): 692-696.
[8]
[9]	Jose M bioucas-Dias, Mario A T Figueiredo. A new TwIST: two-step iterative shrinkage/thresholding algorithms for image restoration [J]. IEEE Transactions on Image Processing, 2007, 16(12): 2992-3004.
[10]
[11]	Amir Beck, Marc Teboulle. A fast iterative shrinkage- thresholding algorithm for linear inverse problems [J]. Imaging Science, 2009, 2(1): 183-202.
[12]
[13]	Candes E, Romberg J. Sparsity and incoherence in compressive sampling[J]. Inverse Problem, 2007, 23(3): 969-985.
[14]
[15]	Xiao Longlong, Liu Kun, Han Dapeng. Focal plane coding method fo r high resolution infrared imaging [J]. Infrared and Laser Engineering, 2011, 40(11): 2065-2070. (in Chinese) 肖龙龙, 刘昆, 韩大鹏. 焦平面编码高分辨率红外成像方法[J]. 红外与激光工程, 2011, 40(11): 2065-2070.
[16]
[17]	Lian Qiusheng, Gao Yanyan, Chen Shuzhen. Compressed sensing image reconstruction based on two-step iterative shrinkage an complex wavelet [J]. Chinese Journal of Scientific Instrument, 2009, 30(7): 1426-1430. (in Chinese) 练秋生, 高艳艳, 陈淑珍. 基于两步迭代收缩法和复数小波的压缩传感图像重构[J]. 仪器仪表学报, 2009, 30(7): 1426-1430.

[1]	赵雨时, 贺文俊, 刘智颖, 付跃刚. 编码孔径光谱成像仪中凸面闪耀光栅的研制 . 红外与激光工程, 2022, 51(3): 20220007-1-20220007-10. doi: 10.3788/IRLA20220007
[2]	何赛灵, 李硕, 陈祥, 徐展鹏, 边秋莞, 罗晶, 罗龙强. 高光谱图谱仪与激光雷达及其在海洋生物检测方面的应用 . 红外与激光工程, 2021, 50(6): 20211033-1-20211033-21. doi: 10.3788/IRLA20211033
[3]	Liu Hongming, Liu Yujuan, Song Ying, Zhong Zhicheng, Kong Lingsheng, Liu Huaibin. Principle and optimum analysis of small near-infrared spectrometers based on digital micromirror device . 红外与激光工程, 2021, 50(2): 20200427-1-20200427-7. doi: 10.3788/IRLA20200427
[4]	赵雨时, 贺文俊, 刘智颖, 付跃刚. 光谱维编码中红外光谱成像系统的光学设计 . 红外与激光工程, 2021, 50(12): 20210700-1-20210700-9. doi: 10.3788/IRLA20210700
[5]	何赛灵, 陈祥, 李硕, 姚辛励, 徐展鹏. 小型高光谱图谱仪与激光雷达及其海洋应用 . 红外与激光工程, 2020, 49(2): 0203001-0203001. doi: 10.3788/IRLA202049.0203001
[6]	乔亚, 张瑞, 景宁, 李金瑜, 王志斌. 基于强度调制的编码孔径光谱偏振测量方法 . 红外与激光工程, 2019, 48(3): 317003-0317003(5). doi: 10.3788/IRLA201948.0317003
[7]	袁影, 王晓蕊, 吴雄雄, 穆江浩, 张艳. 多孔径压缩编码超分辨率大视场成像方法 . 红外与激光工程, 2017, 46(8): 824001-0824001(7). doi: 10.3788/IRLA201746.0824001
[8]	韩庆, 王健, 熊峥, 张建忠, 马俊林, 刘英, 孙强. 用于长波红外目标模拟器的DMD衍射特性分析 . 红外与激光工程, 2017, 46(5): 504006-0504006(7). doi: 10.3788/IRLA201746.0504006
[9]	张颖新, 王云萍, 侯军燕. 高帧频DMD红外景象仿真设备电路与光学系统设计 . 红外与激光工程, 2017, 46(4): 404003-0404003(7). doi: 10.3788/IRLA201746.0404003
[10]	段运生, 张东彦, 黄林生, 赵晋陵. 冻害胁迫小麦的图谱特征解析研究 . 红外与激光工程, 2015, 44(7): 2218-2223.
[11]	王程, 郝文良, 田丽伟, 王若飞, 朱向冰. 基于新型导光管的微型DLP 投影式光路设计 . 红外与激光工程, 2015, 44(8): 2472-2477.
[12]	许家林, 王晓东, 李丙玉, 王鹤, 孙强. 基于DMD的红外场景模拟器图像数据传输和分割存储方法 . 红外与激光工程, 2015, 44(9): 2622-2626.
[13]	张毅, 王勇, 岳江, 柏连发. DMD编码哈达玛变换高灵敏成像 . 红外与激光工程, 2015, 44(12): 3819-3824.
[14]	许家林, 李丙玉, 刘阳, 隋龙, 王晓东. 基于DMD的红外景象投射器灰度调制与同步技术 . 红外与激光工程, 2014, 43(4): 1062-1067.
[15]	孙永雪, 龙夫年, 孟庆宇, 赵晓, 王超, 周军. 基于DMD的红外目标模拟器偏振分光系统 . 红外与激光工程, 2014, 43(3): 749-753.
[16]	许振领, 杨淼淼, 刘艳芳, 樊宏杰, 刘连伟. DMD的红外动态场景模拟器时间性能测试 . 红外与激光工程, 2014, 43(2): 417-423.
[17]	张东彦, 刘良云, 黄文江, Coburn Craig, 梁栋. 利用图谱特征解析和反演作物叶绿素密度 . 红外与激光工程, 2013, 42(7): 1871-1881.
[18]	何永强, 唐德帅, 胡文刚. 基于DMD的红外场景仿真系统投影光路消热差设计 . 红外与激光工程, 2013, 42(9): 2319-2323.
[19]	陈怀章, 王延杰, 孙宏海, 陈春宁, 樊博. DMD结合图像传感器的高动态场景成像探测 . 红外与激光工程, 2013, 42(12): 3402-3409.
[20]	徐君, 徐富红, 谢承旺, 黄志东, 刘遵雄, 黄德昌. 采用步进系数校正基于DMD的Hadamard变换光谱数据 . 红外与激光工程, 2013, 42(12): 3470-3474.

WeChat

点击查看大图

计量

文章访问数: 751
HTML全文浏览量: 95
PDF下载量: 1190
被引次数: 0

基于FISTA 算法的编码孔径光谱图像压缩与复原系统

1. 中国科学院西安光学精密机械研究所,光谱成像技术重点实验室,陕西西安710119;

2. 中国科学院大学,北京100049

作者简介:
孙念（1987-），女，硕士生，主要是从事光谱成像方面的研究。Email：sunnian1234@163.com

收稿日期: 2013-05-02
修回日期: 2013-06-10
刊出日期: 2014-01-25

基金项目:

国家自然科学基金(40805013);国家重点基础研究发展计划(2009CB724005)

中图分类号: O433.1

关键词:

摘要: 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。

English Abstract

全文HTML

参考文献 (17)

/

下载: 全尺寸图片幻灯片

分享

用微信扫码二维码

分享至好友和朋友圈

返回