吉林大学学报(工学版) ›› 2016, Vol. 46 ›› Issue (4): 1239-1245.doi: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb201604033

• 论文 • 上一篇    下一篇

压缩编码孔径红外成像超分辨重建

王新华1, 2, 欧阳继红1, 庞武斌2   

  1. 1.吉林大学 计算机科学与技术学院,长春 130012;
    2.中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 应用光学国家重点实验室,长春 130033
  • 收稿日期:2015-03-05 出版日期:2016-07-20 发布日期:2016-07-20
  • 通讯作者: 欧阳继红(1964-),女,教授,博士生导师.研究方向:空间推理与数据挖掘.E-mail:ouyj@jlu.edu.cn
  • 作者简介:王新华(1984-),男,工程师,博士研究生.研究方向:计算光学与机器视觉.E-mail:xinhuajlu@163.com
  • 基金资助:
    国家自然科学基金项目(61170092,61133011)

Supper-resolution reconstruction of infrared images of compressive coded aperture

WANG Xin-hua1, 2, OUYANG Ji-hong1, PANG Wu-bin2   

  1. 1.College of Computer Science and Technology, Jilin University, Changchun 130012, China;
    2. State Key Laboratory of Applied Optics,Changchun Institute of Optics, Fine Mechanics and Physics, Chinese Academy of Sciences, Changchun 130033, China
  • Received:2015-03-05 Online:2016-07-20 Published:2016-07-20

摘要: 为了利用低分辨率红外探测器获取高质量图像信息,对基于频谱面的压缩编码孔径成像方法和超分辨率图像重建算法进行了研究。首先,在频谱面加入孔径编码器,通过傅里叶变换对采样图像信号进行编码压缩。然后,利用光学成像系统的分片光滑性,实现信号在傅里叶变换域的稀疏表示。最后,提出了两点步长梯度法与自适应非单调线搜索策略相结合的梯度投影并行加速算法,用于完成对稀疏信号的超分辨重建。实验结果表明,该算法能够以远小于原始信号的数据量重建出高分辨率图像信息。

关键词: 计算机应用, 压缩感知, 编码孔径, 超分辨重建

Abstract: In order to obtain high quality image information using infrared detector with low resolution, a compressive coded aperture imaging method based on the frequency spectrum plane and the Supper Resolution Image Reconstruction (SRIR) algorithm was investigated. First, the aperture encoder was added to the frequency spectrum plane, and the image sampling signal was compressive coded by Fourier transform. The, by virtue of the piecewise smooth of the optimal imaging system, the signal sparse representation was realized based on Fourier transform domain. Finally, the SRIR of the sparse signal was completed by improved Gradient Projection for Sparse Reconstruction (GPSR) parallel acceleration algorithm, which combined with GPSR-BB algorithm and adaptive non-monotone line search strategy. Experimental results indicate that the high resolution images can be constructed with information far less than that of the original signal.

Key words: computer application, compressed sensing, coded aperture, super resolution image reconstruction (SRIR)

中图分类号: 

  • TP394.1
[1] Donoho D L. Compressed sensing[J]. IEEE Transactions on Information Theory, 2006, 52(4):1289-1306.
[2] 焦李成, 杨淑媛, 刘芳, 等. 压缩感知回顾与展望[J]. 电子学报, 2011, 39(7):1651-1662.
Jiao Li-cheng, Yang Shu-yuan, Liu Fang, et al. Development and prospect of compressive sensing[J]. Acta Electronica Sinica, 2011, 39(7):1651-1662.
[3] 王忠良,冯燕,肖华,等.高光谱图像的分布式压缩感知成像与重构[J].光学精密工程,2015,23(4):1131-1137.
Wang Zhong-liang,Feng Yan,Xiao Hua.et al.Distributed compressive sensing imaging and reconstruction of hyperspectral imagery[J]. Optics and Precision Engineering,2015,23(4):1131-1137.
[4] 周渝人,耿爱辉,张强,等.基于压缩感知的红外与可见光图像融合[J].光学精密工程,2015,23(3):855-863.
Zhou Yu-ren, Geng Ai-hui, Zhang Qiang,et al. Fusion of infrared and visible images based on compressive sensing[J]. Optics and Precision Engineering,2015,23(3):855-863.
[5] Dharmpal T, Jason N L, Michael B W, et al. A new compressive imaging camera architecture using optical-domain compression[J]. SPIE-IS&T, 2006, 6065:606509-1-10.
[6] 严奉霞, 王泽龙, 朱炬波,等. 压缩感知理论与光学压缩成像系统[J]. 国防科技大学学报, 2014, 36(2):140-147.
Yan Feng-xia, Wang Ze-long, Zhu Ju-bo, et al. Compressive sensing theory and optical compressive imaging systems[J]. Journal of National University of Defense Technology, 2014, 36(2):140-147.
[7] 李珅, 马彩文, 李艳,等. 压缩感知重构算法综述[J]. 红外与激光工程, 2013, 42(增刊1):225-232.
Li Kun, Ma Cai-wen, Li Yan, et al. Survey on reconstruction algorithm based on compressive sensing[J]. Infrared and Laser Engineering, 2013, 42(Sup.1):225-232.
[8] Willett R M, Marcia R F, Nichols J M. Compressed sensing for practical optical imaging systems: a tutorial[J]. Optical Engineering, 2011, 50(7):072601-1-11.
[9] 王春哲, 李杰, 李明晶,等. 一种多扭曲失真图像的质量评价方法[J]. 液晶与显示, 2015, 30(04):681-686.
Wang Chun-zhe, Li Jie, Li Ming-jing, et al. Image quality assessment algorithm for multi-distorted image[J].Chinese Journal of Liquid Crystals and Displays , 2015, 30(4): 681-686.
[10] 曹雷, 陈洪斌, 邱琪, 等. 盲图像复原研究现状[J]. 中国光学, 2014,7(1): 68-78.
Cao Lei, Chen Hong-bin, Qiu Qi, et al. Research status of blind image restoration[J]. Chinese Optics, 2014,7(1): 68-78.
[11] 柯洪昌, 孙宏彬. 图像序列的显著性目标区域检测方法[J]. 中国光学, 2015,8(5): 768-774.
Ke Hong-chang, Sun Hong-bin. A saliency target area detection method of image sequence[J]. Chinese Optics, 2015,8(5): 768-774.
[12] 张振东, 陈健, 王伟国, 等. 基于SSIM_NCCDFT的超分辨率复原评价方法研究[J]. 液晶与显示, 2015, 30(4): 713-721.
Zhang Zhen-dong, Chen Jian, Wang Wei-guo, et al. Evaluation method of super-resolution restoration based on SSIM_NCCDFT[J].Chinese Journal of Liquid Crystals and Displays, 2015, 30(4): 713-721.
[13] Yang J, Wright J, Huang T S, et al. Image super-resolution via sparse representation[J]. IEEE Transaction on Image Processing, 2010, 19(11):2861-2873.
[14] 邓承志, 田伟, 汪胜前,等. 近似稀疏正则化的红外图像超分辨率重建[J]. 光学精密工程, 2014, 22(6): 1648-1654.
Deng Cheng-zhi, Tian Wei, Wang Sheng-qian, et al. Super-resolution reconstruction of approximate sparsity regularized infrared images[J]. Optics and Precision Engineering, 2014, 22(6):1648-1654.
[15] 王军华, 黄知涛, 周一宇,等. 基于近似l0的稳健稀疏重构算法[J]. 电子学报, 2012, 40(6):1185-1189.
Wang Jun-hua, Huang Zhi-tao, Zhou Yi-yu, et al. Robust saprse reconvery based on approximate l0 Norm[J]. Acta Electronica Sinica, 2012, 40(6):1185-1189.
[16] Figueiredo M A T, Nowak R D, Wright S J. Gradient projection for sparse reconstruction: application to compressed sensing and other inverse problems[J]. IEEE Journal of Selected Topics in Signal Processing, 2007, 1(4):586-597.
[17] Dai Y H, Zhang H. Adaptive two-point stepsize gradient algorithm[J]. Numerical Algorithms, 2001, 27(4):377-385.
[18] Hu Sheng-long, Huang Zheng-hai, Lu Nan. A non-monotone line search algorithm for unconstrained optimization[J]. Journal of Scientific Computer, 2010, 42(1):38-53.
[1] 刘富,宗宇轩,康冰,张益萌,林彩霞,赵宏伟. 基于优化纹理特征的手背静脉识别系统[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(6): 1844-1850.
[2] 王利民,刘洋,孙铭会,李美慧. 基于Markov blanket的无约束型K阶贝叶斯集成分类模型[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(6): 1851-1858.
[3] 金顺福,王宝帅,郝闪闪,贾晓光,霍占强. 基于备用虚拟机同步休眠的云数据中心节能策略及性能[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(6): 1859-1866.
[4] 赵东,孙明玉,朱金龙,于繁华,刘光洁,陈慧灵. 结合粒子群和单纯形的改进飞蛾优化算法[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(6): 1867-1872.
[5] 刘恩泽,吴文福. 基于机器视觉的农作物表面多特征决策融合病变判断算法[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(6): 1873-1878.
[6] 单泽彪,刘小松,史红伟,王春阳,石要武. 动态压缩感知波达方向跟踪算法[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(6): 1938-1944.
[7] 欧阳丹彤, 范琪. 子句级别语境感知的开放信息抽取方法[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(5): 1563-1570.
[8] 刘富, 兰旭腾, 侯涛, 康冰, 刘云, 林彩霞. 基于优化k-mer频率的宏基因组聚类方法[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(5): 1593-1599.
[9] 桂春, 黄旺星. 基于改进的标签传播算法的网络聚类方法[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(5): 1600-1605.
[10] 刘元宁, 刘帅, 朱晓冬, 陈一浩, 郑少阁, 沈椿壮. 基于高斯拉普拉斯算子与自适应优化伽柏滤波的虹膜识别[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(5): 1606-1613.
[11] 车翔玖, 王利, 郭晓新. 基于多尺度特征融合的边界检测算法[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(5): 1621-1628.
[12] 赵宏伟, 刘宇琦, 董立岩, 王玉, 刘陪. 智能交通混合动态路径优化算法[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(4): 1214-1223.
[13] 黄辉, 冯西安, 魏燕, 许驰, 陈慧灵. 基于增强核极限学习机的专业选择智能系统[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(4): 1224-1230.
[14] 傅文博, 张杰, 陈永乐. 物联网环境下抵抗路由欺骗攻击的网络拓扑发现算法[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(4): 1231-1236.
[15] 曹洁, 苏哲, 李晓旭. 基于Corr-LDA模型的图像标注方法[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(4): 1237-1243.
Viewed
Full text


Abstract

Cited

  Shared   
  Discussed   
[1] 刘松山, 王庆年, 王伟华, 林鑫. 惯性质量对馈能悬架阻尼特性和幅频特性的影响[J]. 吉林大学学报(工学版), 2013, 43(03): 557 -563 .
[2] 初亮, 王彦波, 祁富伟, 张永生. 用于制动压力精确控制的进液阀控制方法[J]. 吉林大学学报(工学版), 2013, 43(03): 564 -570 .
[3] 李静, 王子涵, 余春贤, 韩佐悦, 孙博华. 硬件在环试验台整车状态跟随控制系统设计[J]. 吉林大学学报(工学版), 2013, 43(03): 577 -583 .
[4] 胡兴军, 李腾飞, 王靖宇, 杨博, 郭鹏, 廖磊. 尾板对重型载货汽车尾部流场的影响[J]. 吉林大学学报(工学版), 2013, 43(03): 595 -601 .
[5] 王同建, 陈晋市, 赵锋, 赵庆波, 刘昕晖, 袁华山. 全液压转向系统机液联合仿真及试验[J]. 吉林大学学报(工学版), 2013, 43(03): 607 -612 .
[6] 张春勤, 姜桂艳, 吴正言. 机动车出行者出发时间选择的影响因素[J]. 吉林大学学报(工学版), 2013, 43(03): 626 -632 .
[7] 马万经, 谢涵洲. 双停车线进口道主、预信号配时协调控制模型[J]. 吉林大学学报(工学版), 2013, 43(03): 633 -639 .
[8] 于德新, 仝倩, 杨兆升, 高鹏. 重大灾害条件下应急交通疏散时间预测模型[J]. 吉林大学学报(工学版), 2013, 43(03): 654 -658 .
[9] 肖赟, 雷俊卿, 张坤, 李忠三. 多级变幅疲劳荷载下预应力混凝土梁刚度退化[J]. 吉林大学学报(工学版), 2013, 43(03): 665 -670 .
[10] 肖锐, 邓宗才, 兰明章, 申臣良. 不掺硅粉的活性粉末混凝土配合比试验[J]. 吉林大学学报(工学版), 2013, 43(03): 671 -676 .