1.面向任意形状BOIs的高光谱自适应压缩传感方法,其特征在于该方法包括以下步骤:步骤(1)、获取高光谱图像;
步骤(2)、使用空间光谱维去相关法(SSDC)获取最优波段的高光谱图像;
步骤(3)、获取上述波段的高光谱图像的平均灰度值,并以该平均灰度值作为阈值,对图像进行二值化处理,得到二值掩码高光谱图像;
步骤(4)、基于二值掩码进行高光谱图像的自适应压缩传感
4.1 对二值掩码高光谱图像的初步提取目标区域构建其最大内接矩形;
最大内接矩形的面积:
maxSrec=0.5×|x1×y2-x2×y1+x2×y3-x3×y2+x3×y4-x4×y3+x4×y1-x1×y4|s.t.Pi(i=1,2,3,4)∈Q
(y2-y1)×(y4-y1)-(x2-x1)×(x1-x4)=0(y4-y1)×(x3-x2)-(y3-y2)×(x4-x1)=0(y2-y1)×(x4-x3)-(y4-y3)×(x2-x1)=0 (2)式中,Pi为矩形的顶点;xi和yi为对应矩形顶点Pi的x轴和y轴的坐标值;Q为目标区域;qk为目标区域的边界点;Pr为Pi组成的矩形区域;
4.2针对所有剩余目标区域块,判断每个区域块的最大内接矩形最短边长是否满足大于阈值,若不满足则跳转至步骤4.4对该区域块进行单光谱压缩感知,若满足则保留该最大内接矩形,并对该区域除最大内接矩形以外的剩余区域重复步骤4.2,直至所有剩余区域块全部完成压缩;
4.3对上述得到的各个最大内接矩形进行子张量化的张量压缩传感:具体如下:将上述4.2得到的矩形表示为三维高光谱向量X;其中 N1、N2、N3分别为高光谱图像3个维度的大小;三维高光谱向量的稀疏表达为:X=S×1Ψ1×2Ψ2×3Ψ3 (3)
其中,S表示三维高光谱向量X在离散余弦变换矩阵Ψ1、Ψ2、Ψ3下的稀疏系数张量,其中只有K个非零值且 Ψi表示三维高光谱向量X在第i个维度上的离散余弦变换矩阵;×i表示稀疏系数张量S和第i个维度上的离散余弦变换矩阵Ψi的张量i-模乘;高斯随机矩阵Φ1,Φ2,Φ3分别作为三个维度的观测矩阵;将信号X投影到测量矩阵Y上:Y=X×1Φ1×2Φ2×3Φ3+E (4)
其中,X表示三维高光谱向量,是原始张量; 表示三维高光谱向量X的测量值, 表示误差项, 表示三维高光谱向量在第i个维度上的观测矩阵且Mi<Ni,×i表示高光谱数据X与第i个维度上的观测矩阵Φi的张量i-模乘;
建立三维高光谱向量的张量压缩感知(TCS)模型:
Y=S×1A1×2A2×3A3+E (5)
Ai=ΦiΨi(i=1,2,3) (6)
其中,Ai表示张量X在第i个维度上的观测矩阵和离散余弦变换矩阵的乘积,称为三维高光谱向量X在第i个维度上的压缩感知矩阵;×i表示稀疏系数张量S和第i个维度上的压缩感知矩阵Ai的张量i-模乘;根据测量值Y和各个维度上的压缩感知矩阵A1、A2、A3,利用张量正交匹配追踪算法求解式(5),得出稀疏系数张量S,根据上式(3)稀疏系数S和三个维度上的离散余弦变换矩阵Ψ1、Ψ2、Ψ3得到重构出的所需的原高光谱图像X;
4.4单光谱压缩感知。
2.如权利要求1所述的面向任意形状BOIs的高光谱自适应压缩传感方法,其特征在于步骤4.4具体是高光谱数据通常表示为 其中d1×d2=D为每个谱段的像元数,B为谱段数;对高光谱场景的稀疏采样目前基本是在空间域进行;由于每一谱段空间图像由按列堆叠形成的一维向量 构成,i=1,...,B,对高光谱X所有谱段进行采样,即[y1,y2,…,yB]=φ[x1,x2,…,xB] (7)其中xi表示为第i谱段的高光谱,φ表示为离散余弦变换矩阵,yi表示第i谱段高光谱的稀疏采样值;
一般的信号本身并不是稀疏的,需要在某种稀疏基上进行稀疏表示,x=Ψs,Ψ固定为随机高斯测量矩阵,s为稀疏系数(s只有K个非零值(K<<D));所以,在第i个谱段的空间域上进行稀疏采样,可以表示为:yi=φΨsi=θsi (8)
其中传感矩阵θ=φΨ,si表示第i谱段高光谱的稀疏系数,通过OMP算法解出si的近似值si′,则原光谱信号为x′i=Ψsi′。