本发明涉及高光谱图像处理技术领域,具体涉及一种基于压缩感知的高光谱图像稀疏解混装置及解混高光谱图像的方法。
背景技术:
高光谱图像拥有较高的光谱分辨率,每个像元同时记录数十至数百个波段的信号值,但受限于相对较低的空间分辨率以及不同地物的自然混合,高光谱影像中普遍存在由多种物质光谱叠加而成的混合像元;而将混合像元的测量光谱分解为纯净物质的端元光谱,并估计出各端元的丰度比例,便是所谓的光谱解混过程,稀疏解混是近年来主流的半监督解混方法,利用完备光谱库作为端元的候选集合,将端元提取与丰度估计融合为求解稀疏回归方程的优化问题。
然而,传统的高光谱图像稀疏解混装置大多存在以下问题:其一,现实中作为端元候选集合的光谱库规模日益庞大,候选端元数目远大于实测端元数目,使得大量端元构成表现出冗余特性,导致稀疏解混时出现成本昂贵、数据存储或传输以及有效信息获取困难等问题;其二,不具备散热功能,样本在成像过程中光照受热,影响了样本信息特征的完善性,降低了解混的精确度,同时光热也增大了装置内部的空气压力,损伤了装置的零部件,缩短了装置的使用寿命。
技术实现要素:
本发明要解决的问题是针对现有技术中所存在的上述不足而提供一种基于压缩感知的高光谱图像稀疏解混装置及解混高光谱图像的方法能方便对样本采样的过程中散热同时优化解混。
为实现上述目的,本发明采用了如下的技术方案:一种基于压缩感知的高光谱图像稀疏解混装置,包括工作台、采样箱和主机,所述采样箱和能结合匹配追踪算法重构出样本完整的高光谱信号的主机安装在所述工作台上,所述采样箱内安装有单像素相机和led灯管,所述采样箱配有载物抽屉,所述采样箱底部设有换热板,所述载物抽屉底部与所述换热板顶部接触,所述换热板底部设有若干通风热管,所述通风热管两端连通气体分流管和气体集流管,所述采样箱侧面设有散热箱,所述气体分流管和气体集流管分别连通设置在所述散热箱上的送风室和排风室,所述单像素相机连接滤光镜头,所述滤光镜头和所述led灯管对应位于所述载物抽屉上的样本,所述单像素相机连接所述主机。
进一步,所述送风室和排风室均固定安装有十字支架,所述十字支架的中心分别固定安装有送风电机和排风电机,所述送风电机和排风电机的输出端分别固定套接有送风风扇和排风风扇,所述送风室和排风室均配有网孔板,两个所述网孔板分别对应送风风扇和排风风扇。
进一步,所述采样箱具有采样室,所述采样箱上设有连通所述采样室的抽屉口,所述抽屉口与所述载物抽屉相适配,所述载物抽屉上设有载物板,所述载物板与所述换热板接触,所述滤光镜头对应所述载物板。
本发明同时提出了一种利用基于压缩感知的高光谱图像稀疏解混装置解混高光谱图像的方法,包括以下步骤:
步骤一,将样本放置到所述载物抽屉上,再将载物抽屉嵌装到所述采样箱中,进而使所述载物抽屉接触所述换热板;
步骤二,打开工作台上的主机,同时开启所述led灯管,对样本进行光照,通过所述送风室将常温空气通过所述气体分流管进入所述通风热管中,吸收掉样本、载物抽屉和换热板的多余热量,并通过所述气体集流管进入所述排风室中,通过送风室将气体排放到外界环境中;
步骤三,开启所述单像素相机,通过滤光镜头对样本进行压缩采集,结合高斯随机测量矩阵将样本上的光信号转化为电信号,电信号等价于样本图像的像素值,重复测量多次后,直接采样到样本高光谱图像的包含多个随机像素的压缩编码信号,再通过光纤将压缩编码信号传输给主机;
步骤四,传输到主机中的压缩编码信号进行解压,并结合匹配追踪算法重构出样本完整的高光谱信号。
相比于现有技术,本发明具有如下有益效果:本发明在采样箱上增设滤光镜头和单像素相机,并结合高斯随机测量矩阵和匹配追踪算法进行稀疏解混,用压缩感知稀疏解混方法取代了传统的稀疏解混方法,抛弃了当前信号采样中的冗余信息,直接从连续时间信号变换得到压缩样本,然后在数字信号处理中采用优化方法处理压缩样本,重构出光谱信号,从而减少了传感元数量,缩短了采样和传输的时间,节省了存储空间,提高了高光谱图像的解混效率;设置载物抽屉从而方便人员对样本进行取放,降低了样本的更换难度,提高了装置的解混效率,减少了解混的人力成本;设置换热板、通风热管、气体分流管和气体集流管,并增设散热箱、送风电机、排风电机、送风风扇和排风风扇,从而使装置具备了散热功能,避免了成像过程中样本光照受热和装置内部压力增大的问题,确保了样本信息特征的完善性,提高了解混的精确度,降低了装置零部件的损耗,延长了装置的使用寿命。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现,部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图1是本发明的整体结构主视图。
图2是本发明的整体结构后视图。
图3是本发明的整体结构右视图。
图4是本发明的整体结构俯视图。
图5是本发明中载物抽屉的立体图。
图6是本发明的方法流程图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与作用更加清楚及易于了解,下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步阐述:
本发明提出了一种基于压缩感知的高光谱图像稀疏解混装置,包括工作台1、采样箱2和主机5,采样箱2和能结合匹配追踪算法重构出样本完整的高光谱信号的主机5安装在工作台1上,采样箱2内安装有单像素相机4和led灯管6,采样箱2配有载物抽屉11,采样箱2底部设有换热板13,载物抽屉11底部与换热板13顶部接触,换热板13底部设有若干通风热管14,通风热管14两端连通气体分流管15和气体集流管16,采样箱2侧面设有散热箱17,气体分流管15和气体集流管16分别连通设置在散热箱17上的送风室18和排风室19,单像素相机4连接滤光镜头3,滤光镜头3和led灯管6对应位于载物抽屉11上的样本,单像素相机4连接主机5;工作台1顶部的一侧与采样箱2的底部固定连接,采样箱2内壁顶部的中心固定嵌装有滤光镜头3,滤光镜头3的输出端与单像素相机4的输入端固定连接,单像素相机4的输出端通过光纤与主机5的输入端固定连接,主机5的底部与工作台1顶部的另一侧固定连接,主机5正面的顶端设置有显示屏25,且主机5正面的底端均匀设置有若干个操作按钮26,结合高斯随机测量矩阵和匹配追踪算法进行稀疏解混,用压缩感知稀疏解混方法取代了传统的稀疏解混方法,抛弃了当前信号采样中的冗余信息,直接从连续时间信号变换得到压缩样本,然后在数字信号处理中采用优化方法处理压缩样本,重构出光谱信号,从而减少了传感元数量,缩短了采样和传输的时间,节省了存储空间,提高了高光谱图像的解混效率;采样箱2内壁顶部的两侧分别固定安装有led灯管6,且采样箱2外壁正面的底端通过限位槽7、限位条8、销孔9和方销10固定嵌装有载物抽屉11,限位槽7设置有一个,开设在载物抽屉11顶部的一侧,且限位槽7的内部嵌装有限位条8,限位条8设置有一个,设置在采样箱2内壁背面的底端,销孔9设置有四个,分别开设在采样箱2外壁两侧的底端和载物抽屉11两侧侧边的中心,且销孔9的内部嵌装有方销10,方销10设置有两个,且方销10的侧面设置有拉环27,载物抽屉11整体呈u形,且载物抽屉11正面的中心设置有把手30,从而方便人员对样本进行取放,降低了样本的更换难度,提高了装置的解混效率,减少了解混的人力成本;抽屉底部的中心固定嵌装有载物板12,载物板12的底部与换热板13的顶部相抵触,换热板13固定嵌装在固定框28顶部的中心,固定框28设置在采样箱2内壁的底端,换热板13的底部分别与若干个通风热管14中段的顶部固定连接,通风热管14的两端穿过采样箱2内壁的两侧分别与气体分流管15和气体集流管16一端的侧面固定连接,气体分流管15和气体集流管16的另一端分别与散热箱17的两侧固定连接,散热箱17内部的两侧分别开设有送风室18和排风室19,送风室18和排风室19外壁一侧的中心均固定嵌装有网孔板29,网孔板29上均匀贯通有若干个六方通风孔,送风室18和排风室19分别与气体分流管15和气体集流管16的另一端连通,且送风室18和排风室19内壁一侧的外缘均固定安装有十字支架20,十字支架20的中心分别固定安装有送风电机21和排风电机22,送风电机21和排风电机22的输出端分别固定套接有送风风扇23和排风风扇24,从而使装置具备了散热功能,避免了成像过程中样本光照受热和装置内部压力增大的问题,确保了样本信息特征的完善性,提高了解混的精确度,降低了装置零部件的损耗,延长了装置的使用寿命。
作为具体实施例,送风室18和排风室19均固定安装有十字支架20,十字支架20的中心分别固定安装有送风电机21和排风电机22,送风电机21和排风电机22的输出端分别固定套接有送风风扇23和排风风扇24,送风室18和排风室19均配有网孔板29,两个网孔板29分别对应送风风扇23和排风风扇24。
作为具体实施例,采样箱2具有采样室,采样箱2上设有连通采样室的抽屉口,抽屉口与载物抽屉11相适配,载物抽屉11上设有载物板12,载物板12与换热板13接触,滤光镜头3对应载物板12。
本发明的使用情况,先将样本放置到载物板12上,再将载物抽屉11嵌装到采样箱2中,并通过使限位条8嵌入限位槽7中,通过把手30将载物抽屉11放置到固定框28上,进而使载物板12接触换热板13,再通过拉环27将方销10嵌入销孔9中,将载物抽屉11固定在采样箱2中接着打开主机5,通过操作按钮26开启led灯管6对样本进行光照,接着开启送风电机21和排风电机22,驱动送风风扇23和排风风扇24进行转动,将常温空气送入散热箱17的送风室18中,并通过气体分流管15送入通风热管14中,吸收掉样本、载物板12和换热板13的多余热量,再通过气体集流管16进入排风室19中,进而在排风风扇24的驱动下穿过网孔板29排放到外界环境中,然后开启单像素相机4,通过滤光镜头3对样本进行压缩采集,结合高斯随机测量矩阵将样本上的光信号转化为电信号,电信号等价于样本图像的像素值,重复测量多次后,直接采样到样本高光谱图像的包含多个随机像素的压缩编码信号,再通过光纤将压缩编码信号传输给主机5,最后通过操作按钮26对传输到主机5中的压缩编码信号进行解压,并结合匹配追踪算法重构出样本完整的高光谱信号,用压缩感知稀疏解混方法取代了传统的稀疏解混方法,抛弃了当前信号采样中的冗余信息,直接从连续时间信号变换得到压缩样本,然后在数字信号处理中采用优化方法处理压缩样本,重构出光谱信号,从而减少了传感元数量,缩短了采样和传输的时间,节省了存储空间,提高了高光谱图像的解混效率。
本发明同时提出了一种利用基于压缩感知的高光谱图像稀疏解混装置解混高光谱图像的方法,包括以下步骤:
步骤一,将样本放置到载物抽屉11的载物板12上,再将载物抽屉11嵌装到采样箱2中,并通过使限位条8嵌入限位槽7中,通过把手30将载物抽屉11放置到固定框28上,进而使载物板12接触换热板13,然后通过拉环27将方销10嵌入销孔9中,将载物抽屉11固定在采样箱2中;
步骤二,打打开工作台1上的主机5,通过操作按钮26开启led灯管6,对样本进行光照,再开启送风电机21和排风电机22,驱动十字支架20上的送风风扇23和排风风扇24转动,使常温空气穿过网孔板29上的六方通风孔进入散热箱17的送风室18内,接着常温空气通过气体分流管15进入通风热管14中,吸收掉样本、载物板12和换热板13的多余热量,并通过气体集流管16进入排风室19中,进而在排风风扇24的驱动下穿过网孔板29上的六方通风孔排放到外界环境中;
步骤三,开启单像素相机4,通过滤光镜头3对样本进行压缩采集,结合高斯随机测量矩阵将样本上的光信号转化为电信号,电信号等价于样本图像的像素值,重复测量多次后,直接采样到样本高光谱图像的包含多个随机像素的压缩编码信号,再通过光纤将压缩编码信号传输给主机5;
步骤四,通过操作按钮26对传输到主机5中的压缩编码信号进行解压,并结合匹配追踪算法重构出样本完整的高光谱信号。
最后说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制,尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围,其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。