一种基于低秩约束的CTIS图像重建方法

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1、一种基于低秩约束的CTIS图像重建方法ACTISImageReconstructionMethodBasedOnLow-RankConstraint领域：生物医学工程作者姓名：杜文芳指导教师：李奇峰研究员企业导师：天津大学精密仪器与光电子工程学院2017年12月独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他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

2、并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日摘要高光谱成像技术是一门综合了多学科的新兴遥感技术，“图谱合一”的特点使其被广泛应用于医疗、农业、海洋、军事等领域。快照式高光谱成像技术突破了传统扫

3、描型高光谱成像技术的成像方式，该技术无需扫描，能够在很短的时间内采集目标物体的光谱图像信息，使得高光谱成像技术能够应用到一些实时运动的场景中。图像重建是快照式高光谱成像技术的一个关键问题，传统图像重建方法由于没有有效的约束导致重建图像的质量并不理想。针对这一问题本文以计算层析成像光谱仪（ComputedTomographyImagingSpectrometry,CTIS）为快照式高光谱图像的成像系统，通过深入挖掘高光谱图像的内在特性，提出一种基于低秩约束的CTIS图像重建算法。全文主要工作围绕CTIS图像重建展开，具体包括：（1）CTIS图像采集：自

4、主搭建了一套CTIS系统，并完成一系列CTIS高光谱数据的采集。（2）CTIS图像预处理：对系统噪声进行分析，去除了背景噪声的干扰；根据多曝光图像融合的原理和方法实现高动态图像获取，提高了高光谱投影图像的动态范围；通过分析几种经典去马赛克算法的特点，提出加权边缘自适应去马赛克算法，实现高光谱图像去马赛克。（3）CTIS图像重建：由于高光谱图像的空间和谱间的高度相关性，高光谱图像具有低秩的特性；图像重建的低秩约束可以通过矩阵低秩近似实现；结合EM迭代算法，我们实现了基于低秩约束的CTIS图像重建。本文的创新点主要是提出了一种低秩约束的CTIS图像重建算

5、法，该算法具有较高的重建精度和良好的抗噪性。重建图像的峰值信噪比（PSNR）平均可达到66dB，相比于传统重建方法提高了约8dB；光谱角映射（SAM）平均为0.041，相比于传统方法减小了约4倍。关键词：高光谱图像，CTIS图像重建，高动态范围，图像去马赛克，低秩约束IABSTRACTHyperspectralimagingtechnologyisanewmultidisciplinaryremotesensingtechnologycapturingspatialandspectralinformationofascene,whichhasbeen

6、appliedinmanyfieldssuchasairbornesensing,biomedicalimagingandspacesurveillance.Specially,thesnapshothyperspectralimagingcancapturethereal-timescenesbecauseofitsextremelyshortcollectingtime.Imagereconstructionisakeyprobleminsnapshothyperspectralimaging.Inthispaper,weproposeanima

7、gereconstructionalgorithmofcomputedtomographyimagingspectrometry(CTIS)basedontheintrinsiccharacteristicsofhyperspectralimages.Themaincontentsofthisdissertationareasfollows:1.CTISimageacquisition:Aseriesofhyperspectraldatahasbeencollectedbytheself-buildingCTISsysteminourlaborato

8、ry.2.CTISimagepreprocessing:(i)Thebackgroundremovingvi