基于全色的計算光譜成像及其并行重構(gòu)算法實現(xiàn)

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1、■■ｍｍ－爲(wèi)聲毛謂我峽專圍碩±學(xué)位論文ＩＩ錐基于全色的計算光譜成像及其并行重構(gòu)算法實現(xiàn)作者姓名ｍ．＾３指導(dǎo)教師姓名、職稱石光明教授申請學(xué)位類別工學(xué)碩主西安電子科技大學(xué)學(xué)位論文獨創(chuàng)性（或創(chuàng)新性）聲明秉承學(xué)校嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)風(fēng)和優(yōu)良的科學(xué)道德，本人聲明所呈交的論文是我個人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。盡我所知｜］，除１文中恃別加＾１標(biāo)注和致謝中所羅列的內(nèi)容（＾＾外，論文中不包含其他人己經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果；也不包含為獲得西安電子科技大學(xué)或其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料一。

2、與我同工作的同志對本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說明并表示了謝意。一學(xué)位論文若有不實么處，本人承擔(dān)切法律責(zé)任。寺Ｍ？本人簽名：日期；年Ｉ義句巧Ｓ西安電子科技大學(xué)關(guān)于論文使用授權(quán)的說明本人完全了解西安電子科技大學(xué)有關(guān)保留和使用學(xué)位論文的規(guī)定，目日：研巧生在校攻讀學(xué)位期間論文工作的知識產(chǎn)權(quán)單位屬于西安電子科技大學(xué)。學(xué)校有權(quán)保留送交論文的復(fù)印件，允許查閣、借閱論文；學(xué)校可公布論文的全部或部分內(nèi)容，允許采用影印、縮印或其它復(fù)制手段保存論文。同時本人保證，獲得學(xué)位后結(jié)合學(xué)位論文研巧成果撰寫的文章，署名單位為西安

3、電子科技大學(xué)。。保密的學(xué)位論文在＿解后書年密適用本授權(quán)社：毛簽：本人名導(dǎo)師簽名（違方義如氏：２文馬＞句日期＾巧場日；身期平學(xué)校代碼10701學(xué)號1302120851分類號TP391密級公開西安電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文基于全色的計算光譜成像及其并行重構(gòu)算法實現(xiàn)作者姓名：李超一級學(xué)科：電子科學(xué)與技術(shù)二級學(xué)科：電路與系統(tǒng)學(xué)位類別：工學(xué)碩士指導(dǎo)教師姓名、職稱：石光明教授學(xué)院：電子工程學(xué)院提交日期：2015年11月ComputationalSpectralImagingwithAddedPanchromaticImagingandItsP

4、arallelReconstructionAlgorithmAthesissubmittedtoXIDIANUNIVERSITYinpartialfulfillmentoftherequirementsforthedegreeofMasterinCircuitsandSystemsByLiChaoSupervisor:ShiGuangmingProfessorNovember2015摘要摘要光譜圖像空間位置的光譜維信息對于表明場景中被觀測物體的組成及結(jié)構(gòu)有重大意義。促使光譜成像技術(shù)在地理遙感，大氣環(huán)境監(jiān)測，軍事目標(biāo)偵察、監(jiān)視，氣象觀測，災(zāi)害預(yù)防等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用

5、。然而物體的光譜信息不是固定不變，而是由于多種因素的影響在不斷發(fā)生變化的，因此要獲取動態(tài)變化的光譜信息，就必須快速獲取光譜圖像，形成光譜視頻。光譜視頻包含了客觀世界的空間、光譜、時間多維信息，可以完成光譜圖像難以勝任的任務(wù)?；趬嚎s感知理論，杜克大學(xué)提出了新型計算光譜成像技術(shù)，即編碼孔徑快照光譜成像（CASSI）。CASSI系統(tǒng)整個成像過程包括兩個階段，首先，通過構(gòu)造合適的混疊編碼模板來對光譜圖像進(jìn)行特定的編碼觀測，然后利用光譜圖像的先驗信息，通過優(yōu)化方法完成光譜圖像的高分辨重構(gòu)。目前，CASSI的觀測過程仍有許多缺陷，如空間維或譜間維的信息丟失、采樣率過低

6、等，對反演階段的優(yōu)化重構(gòu)非常不利。在此基礎(chǔ)上，許多學(xué)者提出了一系列的解決方案，如編碼模板設(shè)計、多次曝光以及互補(bǔ)雙通道光譜成像等，上述方案都取得了不錯的效果，但仍有許多改進(jìn)空間。本文將全色成像與混疊采樣光譜成像相結(jié)合，提出了一種新型的基于灰度全色成像和彩色成像的混疊采樣光譜視頻成像系統(tǒng)，并建立了相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，其全色通道不僅可以增加采樣的觀測量，還可將全色成像用于光譜圖像（視頻）的重構(gòu)，為其提供空間維先驗信息。通過仿真實驗驗證，本文提出的觀測系統(tǒng)能采集更多的數(shù)據(jù)，同時獲取光譜場景的邊緣、紋理信息，能得到更精確的重構(gòu)結(jié)果，邊緣、紋理信息更清晰，重構(gòu)圖像的信噪比也

7、明顯優(yōu)于其它方案。CASSI的反演重構(gòu)過程同樣存在很大的問題，其中最明顯的是重構(gòu)效率低，速度慢。針對這一問題研究者一直致力于設(shè)計時間復(fù)雜度更低的反演重構(gòu)算法，但往往是以犧牲重構(gòu)質(zhì)量為代價。鑒于此，本文實現(xiàn)了一種基于GPU的混疊采樣光譜視頻快速重構(gòu)方法，以減少光譜視頻重構(gòu)過程中的時間代價，提高重構(gòu)效率。通過實驗驗證，本文實施的基于GPU的重構(gòu)算法可以在保證重構(gòu)質(zhì)量不受影響的前提下取得很好的加速效果，重構(gòu)時間大大減小，其中針對300x300的視頻，加速比為50多倍；針對600x600的視頻，加速比可達(dá)130倍左右；針對1200x1200的視頻，加速比更是高達(dá)14

8、0多倍，距離光譜視頻的實時性獲取更近一步。關(guān)鍵詞：光