基於隨機相位編碼的光學壓縮遙感機理研究

《基於隨機相位編碼的光學壓縮遙感機理研究》是依託浙江大學，由陳躍庭擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：基於隨機相位編碼的光學壓縮遙感機理研究
• 依託單位：浙江大學
• 項目負責人：陳躍庭
• 項目類別：青年科學基金項目

項目摘要

高解析度光學遙感對地觀測是我國中長期科技發展戰略，是十二五國防工業七大重點任務之一。目前國內外各類光學遙感器都基於奈奎斯特香農採樣理論，數據經先採樣再壓縮、傳輸和處理，造成星上資源浪費，也限制著遙感器朝著更高空間、時間、光譜和輻射解析度的方向發展。壓縮感知是一種新的以亞奈奎斯特採樣率對稀疏或可壓縮信號實現壓縮採樣和重構的理論框架，直接提取信號的信息，同時實現數據的採樣和壓縮，大大減小了圖像採樣、壓縮、存儲和傳輸的代價。本項目運用壓縮感知理論，開院婆蒸展基於隨機相位編碼的光學壓縮灑海鑽遙感機理研究。基於相位編碼掩板塊的隨機投影特性，實現遙感圖像信號的非相關稀疏分解，利用圖像探測器獲取這些分解信號，再重構出遙感圖像；針對遙感圖像的大尺寸、大數據量，研究最佳化的快速穩定的圖像重構算法，並建立光學遙感壓縮的仿真模型。該研究突破傳統的光學遙感成像採樣模型，對於發展新概念光學遙感系統和提升信息獲取能力具有重要意義。

結題摘要

目前國內外各類光學遙感器都基於奈奎斯特香農採樣理論，數據經先採樣再壓縮、傳輸和處理，造成星上資源浪費，也限制著遙感器朝著更高空間、時間、光譜和輻射解析度的方向發展。本項目運用壓縮感知理論，開展了基於隨機相位編碼的光學壓縮遙感機理研究。對全色光學遙感圖像進行了分類稀疏特性分析，比較了過完備訓練字典與DCT、小波基等調和變換稀疏表示方法的效果，重構結果表明在圖像含細節豐富的情況下，過完備訓練字典的表示精度更高。研究了多種可見光光學壓縮成像的實現方式，選擇了高斯隨機相位掩摸板方式的壓縮成像，通過仿真實驗比較了小波船鴉閥永、傅立葉變換、DCT等不同稀疏變換基下的圖像重建質量，表明DCT變換便於構造稀疏基矩陣，重構效果也更好。對常用重構算法從運算時間及PSNR、SSIM等重構質量方面進行了比較研究，從而為不同要求己記婆和不同類型的重構算法選擇提供了依據。研究並實現了自適應觀測矩陣和字典聯合最佳化方法，同時對感婚蘭知矩陣與稀疏字典進行的聯合最佳化，通過疊代的處理過程，最終獲得了最佳化後的感知投影矩陣即觀測矩陣，提高了重構質量。提出了基於稀疏度最佳化的遙感圖像重構方法，以較小的計算代價獲得遙感圖像高質量重構的重要參考信息，提高了重構質量。提出了自適應分類遙感圖像壓縮重構方法，在基於遙感圖像分類的基礎上，首先從少量壓縮採樣值中快速的重構出原始圖像，判斷圖像類型，然後在精確復原當中採用對應類型的字典作為圖像的稀疏表示手段，從而獲得了更好的重構圖像。針對光學遙感寬覆蓋、高空間解析度與時間解析度不可兼得的矛盾，提出了基於像素隨機編碼的逾時間解析度提升境遷舟享和自適應視頻圖像重建方法，一方面陵譽埋在保持空間解析度的同時，提高了成像時間解析度，另一方面，減小了星上存儲和傳輸頻寬。利用該方法觀測圖像中運動物體在編碼作用下呈現出的散粒特性，提出了一種基於運動區域搜尋的自適應快速重建算法，大大減少了視頻圖像重建時間。本項目結合其他相關研究，還將壓縮感知理論在圖像復原、融合、目標探測方面進行了擴展套用。