[发明专利]快照式光谱图像的马赛克空谱梯度方向直方图提取方法

说明书

本发明公开了一种快照式光谱图像的马赛克空谱梯度方向直方图提取方法，获取快照式光谱图像拍摄时使用的光谱滤波阵列；根据光谱滤波阵列构造快照式光谱图像中像素的空间SFA邻域和光谱SFA邻域；基于快照式光谱图像中像素的空间SFA邻域和光谱SFA邻域，确定快照式光谱图像的空谱梯度算子；使用空谱梯度算子对快照式光谱图像进行卷积，得到马赛克空谱梯度图；基于马赛克空谱梯度图构建马赛克空谱梯度方向直方图；本发明通过分析马赛克图像的SFA模式特性，设计了四个马赛克空谱梯度算子来提取马赛克空谱梯度特征，无需对采集的原始马赛克图像进行去马赛克或重新排列操作，有效消除了转换过程带来的空谱失真的影响。

技术领域

本发明属于图像处理技术领域，尤其涉及一种快照式光谱图像的马赛克空谱梯度方向直方图提取方法。

背景技术

光谱成像技术结合光谱技术和成像技术，可以获取多个连续的光谱图像。光谱图像记录了每个物体的空间信息和光谱信息，可以提供场景中物体的材料或材质信息，从而以更高的精度和细节来描述物体特性，现已被广泛用于军事、工业、农业等各领域。但是，由于光谱图像包含信息量大，拍照时间较长，难以拍摄视频。随着技术的更新，已经开发出高紧凑、低成本、高采集速率的快照式马赛克光谱成像技术，能够以视频速率收集运动场景，为视频任务提供了可能。这种快照式成像技术在单个传感器表面覆盖一层光谱滤波阵列(spectral filter array，SFA)，可以在单次快照中采集多个光谱波段。SFA由基本重复模式构成，每个滤波位置只允许记录一个波段的光谱信息，所采集的二维SFA图像称之为马赛克光谱图像，也可以称为快照式光谱图像。

目前，已开发了一系列具有不同SFA的快照光谱传感器，例如彩色成像中的彩色滤光片阵列(color filter array，CFA)和多/高光谱成像中的多光谱滤波阵列(multi-SFA，MSFA)。由于所获取图像具有马赛克结构，在特征提取之前，一般需要通过重新排列或去马赛克(例如WB)将二维原始马赛克图像转换为三维光谱立方体。

但是，这两种方法可能会破坏原始马赛克图像的结构信息，引入空谱失真，并带来较高的计算和存储成本。

发明内容

本发明的目的是提供一种快照式光谱图像的马赛克空谱梯度方向直方图提取方法，直接从原始马赛克图像中提取特征，无需对其进行去马赛克或重新排列操作，避免产生空谱失真。

本发明采用以下技术方案：一种快照式光谱图像的马赛克空谱梯度方向直方图提取方法，包括以下步骤：

获取快照式光谱图像拍摄时使用的光谱滤波阵列；

根据光谱滤波阵列构造快照式光谱图像中像素的空间SFA邻域和光谱SFA邻域；

基于快照式光谱图像中像素的空间SFA邻域和光谱SFA邻域，确定快照式光谱图像的空谱梯度算子；

使用空谱梯度算子对快照式光谱图像进行卷积，得到马赛克空谱梯度图；

基于马赛克空谱梯度图构建马赛克空谱梯度方向直方图。

进一步的，确定快照式光谱图像的空谱梯度算子包括：

根据空间SFA邻域确定空谱水平梯度算子和空谱垂直梯度算子；

根据光谱SFA邻域确定空谱一阶梯度算子和空谱二阶梯度算子。

进一步的，根据空间SFA邻域确定空谱水平梯度算子和空谱垂直梯度算子包括：

构建空间SFA邻域的第一空间相关矩阵f_s和第一光谱相关矩阵f_k；

根据确定空谱水平梯度算子，其中，f_xk为空谱水平梯度算子，f_sx根据第一空间相关矩阵f_s确定；