基于低秩逼近的光谱图像恢复

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1、基于低秩逼近的光谱图像恢复作者姓名马碧玉学校导师姓名、职称石光明教授领域电子与通信工程企业导师姓名、职称孙晓艳研究员申请学位类别工程硕士提交学位论文日期2014年11月学校代码10701学号1202121261分类TN82号TP391密级公开西安电子科技大学硕士学位论文基于低秩逼近的光谱图像恢复作者姓名：马碧玉领域：电子与通信工程学位类别：工程硕士学校导师姓名、职称：石光明教授企业导师姓名、职称：孙晓艳研究员提交日期：2014年11月SpectralImageRecoveryBasedOnLow-Ra

2、nkApproximationAthesissubmittedtoXIDIANUNIVERSITYinpartialfulfillmentoftherequirementsforthedegreeofMasterinElectronicsandCommunicationEngineeringByMaBiyuSupervisor:ShiGuangmingSunXiaoyanNovember2014西安电子科技大学学位论文独创性（或创新性）声明秉承学校严谨的学风和优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个

3、人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果；也不包含为获得西安电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文若有不实之处，本人承担一切法律责任。本人签名：日期：西安电子科技大学关于论文使用授权的说明本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属

4、于西安电子科技大学。学校有权保留送交论文的复印件，允许查阅、借阅论文；学校可以公布论文的全部或部分内容，允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。同时本人保证，获得学位后结合学位论文研究成果撰写的文章，署名单位为西安电子科技大学。保密的学位论文在年解密后适用本授权书。本人签名：导师签名：日期：日期：摘要摘要光谱图像以其“谱图合一”的成像特点在遥感探测和国防安全等领域有着非常重要的实际应用。在实际成像过程中由于硬件设备故障、成像传感器性能有限等原因使得获得的光谱图像存在数据丢失、分辨率不足等降质问题，严

5、重影响了光谱图像的后续处理和使用。为了获得清晰、高分辨率的光谱图像，近年来众多学者研究如何从低质量光谱图像中对高质量光谱图像进行恢复，但是现有的光谱图像恢复方法仍然主要采用传统的全变差、离散余弦变换等灰度图像表示方法，无法有效利用光谱图像的空间和谱间相关性，从而导致获得的恢复精度有限。在此研究背景下，本文从光谱图像先验知识的分析和挖掘入手，围绕光谱图像恢复模型中正则项具有至关重要作用的特点，对如何结合光谱图像先验特性建立高效正则约束进行研究。本文的主要工作和贡献点在于：1.通过对光谱图像先验特性进行深

6、入挖掘，指出了光谱图像的二维空间和一维谱间相关性最终表现为整个三维数据上的非局部自相似性，并且经过统计分析发现，光谱图像的非局部自相似三维图像块构成的矩阵具有潜在的低秩特性。2.针对传统光谱图像恢复方法没有对光谱图像的先验知识进行充分利用，难以恢复出高质量的光谱图像这一问题，本文在核范数矩阵低秩逼近模型基础上提出一种基于Schatten-p范数低秩逼近的光谱图像恢复方法。其基本思想是，首先在三维图像分块框架下以欧式距离为准则对光谱图像进行非局部自相似三维图像块匹配，然后根据光谱图像非局部自相似图像块的

7、先验低秩特性建立高效正则约束，通过利用Schatten-p范数对矩阵的秩进行非凸近似，得到基于低秩逼近的光谱图像恢复模型，最后采用交替优化方法对光谱图像和低秩矩阵进行迭代求解。光谱图像补全和压缩感知重建的仿真实验结果表明，无论从客观测试指标还是主观视觉效果来看，本文所提的低秩逼近光谱图像恢复方法都能有效克服传统光谱图像恢复方法的缺点，恢复出的光谱图像具有更加精细的边缘和纹理结构，峰值信噪比更高。关键词：光谱图像恢复，低秩逼近，Schatten-p范数，数据补全，压缩感知论文类型：应用基础技术I西安电子

8、科技大学硕士学位论文IIABSTRACTABSTRACTSpectralimagewithits”spectrumandspaceinone”imagingcharacteristicplaysanimportantroleinmanypracticalareas,suchasremotesensinganddefensesecurity,etc.Duetothefaultyhardwareandlimitedimagingsensorperforman