非線性壓縮成像理論與實(shí)現(xiàn)研究.pdf

1、壓縮感知理論(Compressed Sensing,CS)是最近幾年發(fā)展起來(lái)的一種全新的信息獲取與處理的理論框架,其核心思想為:通過(guò)對(duì)可壓縮信號(hào)的低維非相關(guān)性測(cè)量,能夠?qū)崿F(xiàn)高維信號(hào)的精確重構(gòu)。該理論能夠突破奈奎斯特采樣速率的限制,實(shí)現(xiàn)信息的高效獲取與利用,在成像領(lǐng)域得到了成功的應(yīng)用。然而,已有壓縮感知技術(shù)均基于信號(hào)的線性稀疏假設(shè),未考慮信號(hào)在非線性空間上的稀疏性以及壓縮感知問(wèn)題。對(duì)于物理世界中存在的大部分實(shí)際信號(hào)而言,通常具有非線性編碼

2、下的稀疏性。針對(duì)該特點(diǎn),本文研究了非線性壓縮感知理論,以及其中涉及的幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。面向光譜成像的應(yīng)用,研究了基于非線性壓縮感知的高效光譜成像方法。具體工作如下:
　　(1)設(shè)計(jì)了基于非線性壓縮感知的空譜域聯(lián)合高光譜壓縮成像方法。在研究光譜成像與非線性壓縮感知理論的基礎(chǔ)上,提出了基于非線性壓縮感知的空譜域聯(lián)合光譜壓縮成像方案;通過(guò)研究光譜成像原理設(shè)計(jì)了易于實(shí)現(xiàn)的采樣矩陣,根絕高光譜數(shù)據(jù)的三維特性,設(shè)計(jì)了通過(guò)在空域和譜域聯(lián)合采樣及恢復(fù)

3、的方法,該方法可以充分利用高光譜數(shù)據(jù)的空譜域相關(guān)性。通過(guò)用美國(guó)印第安納州西北部印第安遙感試驗(yàn)區(qū)的高光譜圖像作為實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),證明了本文提出的采樣方案可以在采樣率比較低的情況下(5％)獲得比較好的重構(gòu)效果,本方法結(jié)合了高光譜圖像的空譜域信息,可以突破高光譜成像的空譜域分辨率限制,大幅度提高高光譜圖像的空譜分辨率,降低采樣率,減少數(shù)據(jù)量。
　　(2)提出了視覺(jué)顯著性驅(qū)動(dòng)的自適應(yīng)壓縮成像方法。視覺(jué)顯著性已經(jīng)在計(jì)算機(jī)視覺(jué)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。壓縮

4、成像場(chǎng)景中的目標(biāo)具有稀疏特性,現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中關(guān)注的是與任務(wù)相關(guān)的目標(biāo)信息,如何高效獲取任務(wù)相關(guān)的目標(biāo)信息,是壓縮成像中的關(guān)鍵問(wèn)題之一。本文通過(guò)結(jié)合GroupTesting理論和壓縮感知理論,把壓縮采樣問(wèn)題轉(zhuǎn)化為一般抑制劑模型進(jìn)行求解,可以從壓縮感知觀測(cè)結(jié)果中確定圖像的顯著圖。然后結(jié)合視覺(jué)顯著性提出視覺(jué)顯著性驅(qū)動(dòng)的自適應(yīng)壓縮成像方法,該方法可以根據(jù)區(qū)域的顯著性分配采樣資源,可以在采資源一定的情況下,提高恢復(fù)圖像的視覺(jué)效果,提高采樣資源的利用效

5、率。通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明了該方法可以在同等采樣率條件下,減少采樣數(shù)據(jù)量,提高重構(gòu)圖像的質(zhì)量。
　　(3)提出了統(tǒng)計(jì)先驗(yàn)正則下的非線性壓縮感知恢復(fù)和數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的自適應(yīng)壓縮感知采樣及恢復(fù)方法。首先研究了圖像塊的統(tǒng)計(jì)特性,通過(guò)圖像塊的統(tǒng)計(jì)特性,提取圖像塊的特征,結(jié)合高斯混合模型對(duì)圖像塊按照紋理分類并且進(jìn)行快速高斯混合建模。然后結(jié)合最大后驗(yàn)概率估計(jì),提出了統(tǒng)計(jì)先驗(yàn)正則下的非線性壓縮感知恢復(fù)方法。最后通過(guò)利用分類訓(xùn)練字典,分類構(gòu)造觀測(cè)矩陣,通過(guò)采樣數(shù)