光学遥感压缩成像技术-论文.pdf

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1、航天返回与遥感第35卷第1期54SPACECRAFTRECOVERY&REMOTESENSING2014年2月光学遥感压缩成像技术严奉霞朱炬波刘吉英王泽龙(国防科技大学理学院，长沙410073)摘要基于Shannon采样定理的传统信息获取系统在高空间、时间和谱分辨率及系统其它性能上存在难以突破的瓶颈，压缩采样理论为提升航天遥感信息获取能力提供了新的思路。基于压缩采样理论的成像技术(压缩成像)将采样、压缩和数据处理3个过程完美的结合在一起，避免了传统遥感成像系统“先采样再压缩”方式带来的传感器和计算资

2、源浪费，是未来光学遥感极具潜力的成像方式。文章在简要介绍压缩采样基本理论的基础上，总结和分析了国际上目前提出的光学压缩成像系统原型，设计开展了3组压缩成像物理实验，特别结合航天遥感需求设计了推扫式压缩成像方案，实验结果验证了压缩采样的基本原理，并为未来光学遥感压缩成像系统的设计提供了借鉴。关键词压缩采样压缩成像稀疏表示测量矩阵空间遥感中图分类号：TP316文献标志码：A文章编号：1009．8518(2014)01．0054．09DOI：10．3969／j．issn．1009-8518．2014．01

3、．008CompressiveImagingTechniquesinOpticalRemoteSensingYANFengxiaZHUJuboL1UJiyingWANGZelong(CollegeofScience，NationalUniversityofDefenseTechnology，Changsha410073，China)AbstractCompressivesamplingprovidesanewwayforincreasingthecapabilityofinformationacqu

4、i—sition．Compressivesamplingassertsthatitispossibletoaccuratelyreconstructsignalsfromsub-Nyquistsam—pling，providedwemakesomeadditionalassumptions(sparseorcompressible)aboutthesignalinquestion．Thecompressiveimagingtechnology,whichisbasedonthecompressive

5、samplingtheory,integratestheproc—essesofsampling，compressionandprocessingperfectly,avoidingresourcewastecausedbyatraditional“sam—pie—then-compress”mode，andisapotentialimagingtechniqueforopticalremotesensing．Thispaperfirstre—viewsthebasictheoryofcompres

6、sivesampling．Then，severalopticalcompressiveimagingsystemsareintro—duced．Finallythreephysicalexperimentsaredesignedtovalidatetheprincipleofcompressiveimagingandtheexperimentresultscanbeusedasreferenceforthefutureopticalremotecompressiveimagingsystem．Key

7、wordscompressivesampling；compressiveimaging；sparserepresentation；measurementmatrix；spaceremotesensing0引言目前大部分信息获取系统(如模数转换、医学成像、音频、视频电子等)都建立在经典Shannon采样定理的基础之上。即，采样频率必须是信号最高频率的两倍，才能精确恢复原信号。类似地，由线性收稿日期：2013-12．26基金项目：国家自然科学基金项目(61002024)资助第1期严奉霞等：光学遥感压缩成

8、像技术57真正实现压缩采样信息获取，还有许多问题需要研究：1)被观测的场景的稀疏表示问题，即如何构造变换矩阵，使得场景的稀疏表示系数满足稀疏性；2)当原信号为图像时，寻找“最稀疏的解”涉及高维矩阵和向量的运算，如何开发快速、精确和稳健的算法；3)测量矩阵需满足的条件以及物理实现问题，即是否存在合适的系统方案以在成像系统中实现压缩采样；4)压缩采样在卫星信息获取系统中的应用模式及预期性能。2光学压缩成像系统原型开发实际的光学系统以充分利用压缩感知理论是目前信号处理、光学