基于压缩感知的天体光谱图像成像方法

摘要

本发明公开了一种基于压缩感知的天体光谱图像成像方法，主要解决现有技中获取的天体光谱图像数据量大，成像质量不高的问题。其成像步骤是：(1)将天体光谱图像的光束分成信息相同的两束；(2)对第一束光线进行编码色散后获取混叠天体光谱图像X₁；(3)对第二束光线进行与第一束光线互补的编码，对编码后的光束进行色散，获取混叠天体光谱图像X₂；(4)将混叠天体光谱图像X₁和混叠天体光谱图像X₂联立，利用非线性优化方法重构出原始光谱图像X。本发明具有制造工艺简单，运算复杂度低的优点，可用于获取高压缩比、高质量的天体光谱图像。

主权项

一种基于压缩感知的天体光谱图像成像方法，其实现步骤包括如下：(1)将用天文望远镜获取的天体图像的光束分成两束，分别进入两个观测通道；(2)获取混叠天体光谱图像X₁：(2a)将进入第一观测通道的天体光束聚焦成像，获得第一观测通道光谱图像，并对该第一观测通道光谱图像进行随机编码，即通过编码模板使部分光束通过，部分光束被遮挡，通过的部分编码为1，遮挡的部分编码为0；(2b)对编码后的第一观测通道光谱图像各光谱维的图像，在空间维的方向上进行搬移，使第一观测通道光谱图像的光束发生色散，实现每一光谱维图像之间相对位置的变化；(2c)获取搬移后第一观测通道光谱图像每一位置光束的光量，得到第一观测通道中混叠的天体光谱图像X₁；(3)获取混叠天体光谱图像X₂：(3a)对进入第二观测通道的天体光束聚焦成像，获得第二观测通道光谱图像，并对该第二观测通道光谱图像进行与第一观测通道互补的编码，即第一观测通道通过的信号在第二观测通道被遮挡，在第一观测通道被遮挡的信号在第二观测通道没有被遮挡，通过的部分编码为1，遮挡的部分编码为0；(3b)对编码后的第二观测通道光谱图像各光谱维的图像，在空间维的方向上进行搬移，即使第二观测通道光谱图像的光束发生色散，实现每一光谱维图像之间相对位置的变化；(3c)获取搬移后第二观测通道光谱图像每一位置光束的光量，得到第二观测通道中混叠的天体光谱图像X₂；(4)根据上述得到的第一观测通道混叠天体光谱图像X₁和第二观测通道混叠天体光谱图像X₂，利用非线性优化方法重构原光谱图像X：(4a)将输入的第一通道混叠天体光谱图像X₁和第二通道混叠天体光谱图像X₂在平面空间上联立，得到一个总的混叠光谱图像Y：Y＝[X₁，X₂]＝[A₁X，A₂X]＝AX其中，A₁，A₂为两个线性算子，A₁X，A₂X分别表示第一观测通道和第二观测通道对光谱图像X的操作结果；A＝[A₁，A₂]表示整个观测部分的算子，AX表示整个观测模块对光谱图像的操作结果；(4b)设定优化目标函数为min||X||₀，||·||₀表示对X取l₀范数，min(·)表示取l₀范数的最小值；(4c)将总的混叠光谱图像Y＝AX作为约束条件；(4d)联立优化目标函数和约束条件，得出满足约束条件Y＝AX，并且使X最小的即为原光谱图像X的逼近值