一种基于主成分分析的成像光谱图像超分辨率复原方法

摘要

本发明公开了一种基于主成分分析的成像光谱图像超分辨率复原方法，包括主成分分析、基于灰度映射和MAP的第1主成分超分辨率复原和成像光谱图像的全波段超分辨率复原。通过PCA变换，将成像光谱图像的有效信息集中于第1主成分，仅通过第1主成分的超分辨率复原即达到了提高所有波段空间分辨率的效果，运算量较低；利用PCA变换后第1主成分与全色影像之间的相关性，通过建立灰度映射模型，实现了全色影像高频信息到第1主成分图像的映射，并通过MAP约束优化进一步提高了重建高频信息的质量，既充分利用了全色影像的高频信息，又避免了错误信息的引入，保证了重建高分辨率图像的质量，有效避免了各波段独立进行产生的光谱失真问题。

主权项

一种基于主成分分析的成像光谱图像超分辨率复原方法，由成像光谱仪完成成像光谱数据的采集，并将待处理图像的光学信号转化为数字图像信号，存储于采集设备存储器中；通过USB、红外接口读入图像，在处理器中进行基于主成分分析的成像光谱图像超分辨率复原；其特征在于：借助主成分分析将成像光谱图像的主要信息集中于其第1主成分，通过对第1主成分的超分辨率复原，实现成像光谱图像全波段的超分辨率复原；包括以下步骤：步骤1，计算机从存储设备读入成像光谱图像，整个图像用一个三维数组X的形式进行表示；步骤2，对原始图像进行主成分分析PCA，提取其变换后的第1主成分，同时保留其余成分备用；对原始图像进行PCA变换的方法如下：(1)读入成像光谱图像数据X；(2)计算成像光谱图像X各波段间的相关系数，组成协方差矩阵∑_x；(3)计算协方差矩阵∑_x的特征值，并将其特征值按从大到小的顺序排列；(4)求出各特征值对应的特征向量u_i；(5)根据特征向量求取PCA变换矩阵U；(6)将成像光谱数据X与变换矩阵U相乘得变换后的主成分图像Y；步骤3，对PCA变换后的第1主成分进行超分辨率复原；步骤3.1，估计高分辨率全色影像到成像光谱图像的灰度映射参数；步骤3.2，生成第1主成分图像的高分辨率初始估计值；步骤3.3，进行第1主成分图像的最大后验概率优化估计；步骤4，进行成像光谱图像的全波段超分辨率重建；步骤4.1，对PCA变换后的其它各成分依次进行双线性插值；步骤4.2，对超分辨率复原后的第1主成分与插值放大的其它成分一起进行PCA反变换，得到超分辨率复原后的全波段图像；步骤5，超分辨率复原后的成像光谱图像输出到缓存器，用于后续的分析和应用；步骤6，以上操作结束后，关闭成像光谱图像文件。