基于压缩感知的光谱成像研究

【摘要】光谱成像技术是摄影术和光谱学有机结合的产物,不仅具有图像分辨能力,还具有光谱分辨能力,可以实现对目标物体的定性、定量和定位分析,因此在环境遥感、军事目标识别、工业监测、生物医学成像等众多领域有着广泛的应用。光谱成像过程得到的是一个向量的二维空间阵列,每一个向量即表示对应空间位置处的光谱信息。更加丰富的信息使得光谱图像数据量庞大,处理、存储和传输变得异常困难,因此寻求有效的压缩采样方法具有重要意义。近些年兴起的压缩感知(CompressiveSensing,CS)理论将压缩和采样结合,可以更加高效地获取目标信息。本文将压缩感知应用于多光谱成像领域,以解决光谱成像数据量过大的问题,与传统成像截然不同的感知模式使成像系统同时还具有结构简单、抗噪性强、无需机械扫描等优点。本文首先介绍了光谱成像现状和压缩感知基本原理,在实验室平台搭建了基于压缩感知的光谱成像系统,使用透射式液晶光阀实现线性投影,线列探测器收集调制后的光谱信号,借助压缩感知重构算法得到了目标物体的超光谱图像。讨论了影响图像重构质量的几个因素,指出压缩感知的宽场照明单点采集的模式和迭代优化算法使得同一幅图像的不同区域存在相互影响。然后将此成像方案成功地应用于荧光显微成像,通过强度归一化的方法解决了成像过程中遇到的荧光衰减问题。基于光谱数据的可压缩性,本文提出一种包含光谱维编码的图像重构方案,空间调制后的信号经色散元件展开,由第二个空间光调制器对不同谱带的信号进行随机调制,实现空间维和光谱维的同时压缩编码。对这种方法进行了数值模拟,证实了方案的可行,使单像素光谱成像仪的实现成为可能。
【作者】王金成；
【导师】郑臻荣；匡翠方；
【作者基本信息】浙江大学，光学工程，2013，硕士
【关键词】多光谱成像；压缩感知；光谱维编码；成像系统；数值模拟；

【参考文献】
[1]李晓夏.云南省医药产业技术创新研究[D].云南财经大学,企业管理,2014,硕士.
[2]严春雷.土壤物证分析测定及其应用研究[D].甘肃政法学院,诉讼法学,2012,硕士.
[3]池秀莲,唐志尧.面积、温度及分布区限制对物种丰富度海拔格局的影响:以秦岭太白山为例[J].植物生态学报,2011,04:362-370.
[4]吴昊.H.264/AVC视频水印算法研究[D].杭州电子科技大学,通信与信息系统,2014,硕士.
[5]徐浩晟.杂萘联苯聚芳醚加工性能及液晶改性研究[D].大连理工大学,高分子材料,2013,硕士.
[6]沈睿芳,郭立甫,时希杰.数据挖掘中的数据预处理模型与算法研究[J].计算机系统应用,2005,07:44-46+70.
[7]路菲.内容分析与文献计量的比较与综合研究[D].南京理工大学,2004.
[8]钟国宝.量子光学态的脊波变换[D].安徽大学,光学,2013,硕士.
[9]肖长久.川西南部地区须家河组井壁稳定技术研究[D].西南石油大学,石油与天然气工程（专业学位）,2013,硕士.
[10]蔡霞.我国上市银行内部控制信息披露的实证研究[D].南京财经大学,金融学,2013,硕士.
[11]陈坚钊.MapReduce的工作机理及其应用研究[D].华侨大学,计算机技术（专业学位）,2013,硕士.
[12]黄明.垃圾焚烧发电厂零排放废水处理系统及信息管理系统[D].重庆大学,环境工程（专业学位）,2014,硕士.
[13]陈晓燕.潍坊市机动车修理业治安管理系统的设计与实现[D].山东大学,软件工程（专业学位）,2013,硕士.
[14]易承龙.基于Simulink/Stateflow的CTCS-3级列控系统建模与仿真分析[D].北京交通大学,2014.
[15]刘晨曦.基于Gyrator变换和DNA计算的彩色图像加密研究[D].华东理工大学,测试计量技术及仪器,2014,硕士.
[16]虞海燕.基于Caché数据库的电子病历系统性能评价[D].浙江大学,生物医学工程,2013,硕士.
[17]谢俊峰.二维晶体的功能导向性设计及其电化学性能研究[D].中国科学技术大学,2014.
[18]韩濛.网络数据降维与Kirchhoff电阻[D].清华大学,数学,2013,硕士.
[19]张维.公共利益与个人利益的平衡——司法的视角[D].苏州大学,法学理论,2003,硕士.
[20]丁佩琴.基于SEM的煤炭机械装备制造业技术创新人才培养研究[D].太原科技大学,企业管理,2013,硕士.
[21]MICHAELJOHNDONOVAN.Aptamer-Mediated and Multifaceted Approach to Detect and Combat Lung Cancer[D].湖南大学,BIOMEDICALENGINEERING,2013,硕士.
[22]王媛.P-gp、MRP、LRP、GST-π和TOPOⅡα的表达与人NSCLC耐药相关性的临床研究[D].大连医科大学,内科学,2012,硕士.
[23]聂祝青.Survivin和Caspase-3在结直肠癌中表达及意义[D].桂林医学院,外科学,2012,硕士.
[24]张国际.北京旧城历史文化保护区外胡同分类保护与积极改善研究[D].北京建筑大学,建筑设计及其理论,2013,硕士.
[25]王平.串罐无料钟料流轨迹与宽度测定及其分析[J].钢铁.2003(03)
[26]高志伟.降阶函数观测器的参数化[J].自动化学报,2000,04:515-518.
[27]王菲.奥巴马国情咨文的概念隐喻分析（2009-2012）[D].吉林大学,外国语言学及应用语言学,2013,硕士.
[28]张嘉伟.近线式存储设备之盘库软件设计与实现[D].电子科技大学,软件工程（专业学位）,2012,硕士.
[29]王庆华.用户个性化信息检索模型的设计与实现[D].大连理工大学,2004.
[30]龚文辉.基于GIS的重庆乡村综合信息数据库建设研究[D].西南大学,地图学与地理信息系统,2013,硕士.
[31]朱世展.基于BPM系统的企业战略管理研究[J].科技广场,2005,08:71-73.
[32]常诚.基于行为分析的财务信息利用与投资绩效关系的实证研究[D].哈尔滨工业大学,会计学,2013,硕士.
[33]韩丽萍.生产税对居民初次分配总收入影响研究[J].数理统计与管理.
[34]姚云云.先秦儒家德育思想及其现代意义研究[D].大连理工大学,马克思主义理论与思想政治教育,2004,硕士.
[35]曲国建.三级医院老年病人营养状况调查[D].青岛大学,外科学,2013,硕士.
[36]侯倩.吉林省农村金融发展和农村经济增长间关系的研究[D].吉林大学,金融,2013,硕士.
[37]马慧鑫.中文歌曲在韩国高中汉语课堂中的应用[D].沈阳师范大学,汉语国际教育,2013,硕士.
[38]诸咸斌.基于视频分析的城市道路交通流量监测与实现[D].南京邮电大学,信号与信息处理（专业学位）,2013,硕士.
[39]乔力.日照环境与住宅形态关系影响下的高层高密度住区设计[D].南京大学,建筑学（专业学位）,2013,硕士.
[40]仪修组.一种简单的多次复盖转换箱[J].石油地球物理勘探,1980,S1:84-85.
[41]柴剑丽,吴春燕,王文娟,应迎娟,蒋欣欣,熊晓玲.糖尿病肾病患者血液透析中低血糖管理的持续质量改进[J].中华护理杂志,2015,02:170-174.
[42]赵晓刚.水稻胞外钙感受器基因CAS的克隆及功能研究[D].首都师范大学,分子细胞生物学,2004,硕士.
[43]杨博.IT项目投资价值模型研究及实证分析[D].首都经济贸易大学,管理科学与工程,2014,硕士.
[44]张小斌,陈建业,甘智华,邱利民,杨汝平,马晓静.低于液氮温度的泡沫塑料吸湿增重[J].化工学报,2014,04:1215-1220.
[45]刘海.试论社会主义时期宗教的作用[D].中共中央党校,科学社会主义,2004,硕士.
[46]曹雪雁.各种纳米材料对聚合酶链式反应的优化及其机理的研究[D].上海交通大学,2009.
[47]张彦普.季铵化聚醚砜氢氧根离子交换膜的制备与性能[D].大连理工大学,化学工程,2013,硕士.
[48]李晓理,王伟,曹方.基于极点配置的多模型自适应控制[J].控制与决策,1998,S1:69-74.
[49]马旭怡.miR-338-5p靶向作用于TRAF3参与肾移植术后抗体介导的免疫排斥[D].苏州大学,免疫学,2014,硕士.
[50]顾辰.六自由度机械臂的动态路径规划和控制研究[D].江苏科技大学,控制理论与控制工程,2014,硕士.