[发明专利]基于改进逆滤波的衍射成像光谱仪图像复原方法

说明书

本发明公开了一种基于改进逆滤波的衍射成像光谱仪图像复原方法。旨在解决衍射成像中离焦谱段对准焦谱段成像造成干扰而导致的图像模糊问题。该方法首先对模糊图像和点扩散函数进行傅里叶变换，从空域变换到频域；然后基于Tikhonov正则化的思想，改变原始问题的求解形式，对逆滤波函数进行正则化；接下来通过使用加入规则滤波器的奇异值分解方法对改进后的矩阵求逆；最后对前面得到的傅里叶变换后的复原图像进行逆傅里叶变换，得到复原图像。本发明不仅能够有效地对衍射成像光谱仪图像进行复原，抑制噪声的干扰，获得较好的光谱曲线，而且可通过复原后的光谱曲线分析出地貌特征。

技术领域

本发明涉及衍射光谱仪成像技术系统领域，具体涉及逆滤波图像复原技术，图像质量评价技术以及Tikhonov正则化和SVD算法。

背景技术

光谱成像技术与传统的单一宽波段成像技术的不同之处在于，它结合了成像技术和光谱测量技术，使其在获取二维空间信息的同时，还可以获取一维与波长分布相关的光谱辐射信息。除此之外，成像光谱仪还能够在波长相邻、连续采样的窄带光谱波段上获得数十至数百个通道的光谱图像，这使得它在遥感探测、辐射分析等领域得到广泛应用。

衍射透镜成像光谱仪与传统成像光谱仪相比，具有光学系统简单、能更快速获得二维空间信息和一维光谱信息的优点，近年来被广泛研究：美国光量子中心罗姆实验室的Denies Lyons在1995年4月国际光学工程学会上，首次提出一种新颖的结构，利用二元光学相位透镜独特的色散特性设计出在不影响性能的条件下用于可见或红外光谱范围的成像光谱仪，后来，美国太平洋高技术公司的Michele Hinnrichs发展了这一技术并研制了Sherlock中波红外成像光谱仪；美国陆军实验室研制了Warlock长波红外成像光谱仪；中科院长春光机所和浙江大学等对其进行了原理研究，并研制了样机进行了仿真实验。

然而，通过衍射透镜成像光谱仪所得的像为不同波段所形成的准焦像和离焦像的叠加，这使得在不同位置采集到的图像有着不同程度的模糊。因此，在探测器采集到这些模糊图像之后，需要对其进行图像复原处理，得到不同谱段的清晰图像和其中所包含的光谱信息。目前常用的图像复原方法包括最近邻法、逆滤波法和JVC迭代法。其中最近邻法和逆滤波法能够相对快速的复原图像，但与此同时会放大或引入额外的噪声，JVC迭代法能获得理想的复原效果，但迭代时间更长，处理速度受限。

发明内容

本发明的目的在于提供能够在一定程度上抑制噪声的干扰，获得较好的光谱曲线，并可通过复原后的光谱曲线分析出地貌特征的衍射成像光谱仪图像复原方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于改进逆滤波的衍射成像光谱仪图像复原方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1：获取衍射光谱仪所成模糊像并进行傅里叶变换；通过衍射光谱仪成像原理，得到探测器在不同位置采集到的图像与单谱段准焦图和PSF的关系，并对其进行傅里叶变换；

步骤2：逆滤波函数正则化；基于Tikhonov正则化的思想，改变原始问题的求解形式，对逆滤波函数进行正则化；

步骤3：SVD方法求解逆矩阵；通过使用加入规则滤波器的奇异值分解法SVD对改进后的矩阵求逆；

步骤4：逆傅里叶变换；对前面得到的傅里叶变换后的复原图像进行逆傅里叶变换，得到复原图像。

本发明与现有技术相比，其显著优点：(1)本发明改进了原始的逆滤波函数，不是单纯的对PSF矩阵进行求逆，而是加入了正则项和规则滤波，降低了SD值，减弱了噪声影响，通过衡量光谱曲线拟合度的RMSE值可以看出，在减弱噪声的同时我们获得了更好的光谱曲线。(2)同时根据图像的噪声信息得到参数β，而不是人为设定，从而可以自动调整以得到较好的复原图像。为衍射光谱仪成像的复原提供了理论依据和技术支持，能够更好的复原出光谱曲线，得到地物特征。

附图说明

图1为本发明流程图。