[发明专利]一种多尺度编码孔径光谱时间压缩感知成像方法

权利要求书

1.一种多尺度编码孔径光谱时间压缩感知成像方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、在矩阵元素为{+1,-1}的Hadamard中任意抽取N_F行，将每一行构成一个矩阵，并进行上采样，获得N_F个与DMD单元数一致的N₁×M₁维的编码矩阵；其中N_F为单次曝光图像可重构的图像数量；

步骤2、单曝光多光谱压缩感知图像重构，具体为：

用所述编码矩阵控制DMD的编码；DMD接收目标场景的光束，分成两束，其中一束经光栅色散后，进入宽光谱相机；所述宽光谱相机获得包含可见光和近红外的光谱图像；另一束光进入可见光相机；

宽光谱相机在一次曝光周期中，DMD经过N_F个编码矩阵控制，光束在宽光谱相机探测器表面形成不同波长的多光谱混叠图像；对于该多光谱混叠图像，采用交替方向乘子全变分正则算法重构出一次曝光周期的多光谱图像序列；宽光谱相机经过设定次数的曝光后，得到多光谱图像序列S^o；

步骤3，单曝光孔径编码时间压缩图像序列重构，具体为：

DMD经过N_F个编码矩阵控制，可见光相机完成一次曝光，获得混叠的全色图像；利用混叠的全色图像通过优化反演算法获得全色图像序列；可见光相机经过设定次数的曝光后，得到全色图像序列S^r；

步骤4、在同一个曝光周期内，找到多光谱图像序列S^o中在该曝光周期内的图像序列S^o(i)，i∈[1,…,N_F]，以及全色图像序列S^r中在该曝光周期内的图像序列S^r(t)，t∈[1,…,N_F]，估计不同波长光谱图像与全色图像之间的转换函数：

则图像序列S^r(t)中第t帧图像对应的第i个波长λ_i下的子帧图像为：

S^o(λ_i,t)＝S^r(t)V(λ_i,t)，i∈[1,…,N_F]

按上面的计算方法得到每一帧全色图像对应的子帧图像，则得到M_F×N_F×N_F帧多光谱图像序列；M_F为设定曝光次数；

步骤5、对步骤4获得的M_F×N_F×N_F帧多光谱图像序列分别进行超分辨率重构，得到超分辨率图像序列。

2.如权利要求1所述的一种多尺度编码孔径光谱时间压缩感知成像方法，其特征在于，在执行完步骤3，执行步骤4之前，先将多光谱图像序列S^o和全色图像序列S^r进行时空配准，即将相对于同一个DMD曝光时刻的图像进行对齐。

3.如权利要求2所述的一种多尺度编码孔径光谱时间压缩感知成像方法，其特征在于，所述时空配准方法为：

在步骤1中，在矩阵元素为{+1,-1}的Hadamard中任意抽取N_F行，将每一行构成一个矩阵，作为大尺度编码矩阵；该矩阵的维数小于为N₁×M₁维的1/K；K为大于1的整数；在执行步骤2和步骤3时，还采用该大尺度编码矩阵作为DMD的编码矩阵控制DMD，分别得到该大尺度编码矩阵下的多光谱图像序列和全色图像序列利用多光谱图像序列和全色图像序列实现所述时空配准。

4.如权利要求2或3所述的一种多尺度编码孔径光谱时间压缩感知成像方法，其特征在于，采用基于后验概率的方法实现所述时空配准。