[发明专利]一种基于卷积神经网络的光谱成像系统的高质量重构方法

摘要

本发明公开的一种基于卷积神经网络的光谱成像系统的高质量重构方法，属于计算摄像学领域。本发明应用于基于编码孔径快照光谱成像系统，在高光谱图像的重构过程中分别考虑图像间的空间相关性和光谱相关性，使用残差学习加速网络的训练速度和收敛速率，并使用GPU完成对整个网络的优化求解；使用随机梯度下降法更新网络参数；逐块处理完成高光谱图像的重建。本发明能够高质量地完成CASSI光谱成像系统的高光谱图像重建，在保证重建结果具备高空间分辨率和高光谱保真性的同时，大幅度提高高光谱图像重建的效率，扩展高光谱图像的应用范围。本发明可用于地质勘探、农业生产和生物医学等多个领域。

主权项

1.一种基于卷积神经网络的光谱成像系统的高质量重构方法，其特征在于：包括以下步骤，步骤101：建立光谱成像仪的前向传播模型，基于块计算将整张高光谱图像S分块，依据光谱成像仪中光路的前向传播过程对所述高光谱图像块进行调制编码，构建编码模板，将编码后的立方体还原成平行六面体，在将其沿着光谱维相加得到二维的压缩图像；步骤102：考虑垂直和水平方向的空间相关性构建空间网络，考虑光谱间的光谱相关性构建光谱网络，通过构建的空间网络和光谱网络构建重构网络；步骤103：将每张训练图像划分为多个P×P的平行六面体块，设置步长保证块与块之间有重叠部分；将所有图像块汇总成训练所需的数据集，即实现制作训练集；步骤104：对步骤101构建的编码网络和步骤102构建的重建网络，设置学习率、批处理大小、权值初始化方式、权值衰减系数、优化方法、迭代次数；步骤105：使用步骤103制作完成的训练集联合训练步骤104设置后的重建网络；步骤106：利用编码模板，调制高光谱数据生成压缩二维图像，使用重构网络逐块重构目标高光谱图像。