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一種定向遙感的數(shù)據(jù)采集和重構(gòu)方法與流程

文檔序號:11135246閱讀:1304來源:國知局
一種定向遙感的數(shù)據(jù)采集和重構(gòu)方法與制造工藝

本發(fā)明屬于壓縮感知技術(shù)領(lǐng)域,具體提供了一種定向遙感的數(shù)據(jù)采集和重構(gòu)方法。



背景技術(shù):

遙感數(shù)據(jù)的獲取一般分為星上和地面兩個階段。在衛(wèi)星上需要采集、壓縮和傳輸數(shù)據(jù),在地面需要接收、儲存、解壓和使用數(shù)據(jù)。遙感技術(shù)的發(fā)展使覆蓋全球海量遙感數(shù)據(jù)的獲取成為現(xiàn)實(shí)。如能實(shí)現(xiàn)采集壓縮一體化的信號數(shù)據(jù)采集處理格局,就可采集、傳輸、存儲、處理和管理很少的數(shù)據(jù)。從而擺脫傳統(tǒng)技術(shù)的窘境,節(jié)約巨大的人力物力資源。壓縮感知技術(shù)的出現(xiàn)為改變傳統(tǒng)的遙感數(shù)據(jù)獲取模式提供了可能?;诰€陣推掃模式的定向遙感無法充分利用已有的先驗信息,因此重構(gòu)效果并不好。

當(dāng)前基于壓縮感知的遙感研究多是基于一維信號。即使研究圖像這種二維信號也多是轉(zhuǎn)化為一維信號后再作壓縮感知研究。在壓縮感知的各種重構(gòu)算法中,只有最小全變分法(Total Variation,TV)在目標(biāo)函數(shù)中利用了圖像像素間的灰度梯度信息,但在約束函數(shù)中依然把二維信號一維化。灰度梯度就是遙感影像的結(jié)構(gòu)之一,是很好的先驗信息,如充分利用可有助于改善提高信號的重構(gòu)精度和效率。但把二維圖像一維化破壞了這種結(jié)構(gòu)先驗信息。



技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:

本發(fā)明為了解決定向遙感圖像重構(gòu)效果差的問題,特提供了一種定向遙感的數(shù)據(jù)采集和重構(gòu)方法。

本發(fā)明是通過下述方案予以實(shí)現(xiàn)的:一種定向遙感的數(shù)據(jù)采集和重構(gòu)方法,所述方法的過程為:

步驟一:生成子塊矩陣Φ,Φ∈RM×N,M<N,M和N都是自然數(shù);

步驟二:通過子塊矩陣逐列采集圖像X∈RN×L的測量數(shù)據(jù)Y=ΦX,Y∈RM×L,L是自然數(shù),即圖像X的列數(shù);

步驟三:將測量數(shù)據(jù)Y逐列首尾連接成y,y∈RML,ML表示M與L的積,并且生成對應(yīng)子塊矩陣Φ的相應(yīng)的分塊對角矩陣ΦDIG,ΦDIG∈RLM×LN,ΦDIG對角線上的子塊矩陣Φ總計L個;

步驟四:通過傳統(tǒng)的信號重構(gòu)算法求解min||x||TV s.t.y=ΦDIGx,重構(gòu)得到x,x∈RNL;

步驟五:將一維向量x按L個元素一列,從頭至尾依次提取排列成二維重構(gòu)圖像XR,XR∈RN×L。

本發(fā)明根據(jù)遙感影像推掃式采集數(shù)據(jù)的特點(diǎn)和保留遙感影像二維結(jié)構(gòu)先驗信息的需要構(gòu)建了基于分塊對角矩陣的新型二維壓縮感知模型。在不改變測量數(shù)據(jù)獲取方式和硬件設(shè)計的前提下,提高了信號重構(gòu)能力。本發(fā)明所述的方法通過測量矩陣和測量數(shù)據(jù)的后處理,改善了信號重構(gòu)效果,在壓縮感知的圖像處理、視頻分析、雷達(dá)遙感、通信編碼、數(shù)字音頻等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。

附圖說明

圖1是具體實(shí)施方式一所述的一種定向遙感的數(shù)據(jù)采集和重構(gòu)方法的流程圖;圖2是應(yīng)用具體實(shí)施方式采用傳統(tǒng)子塊矩陣和本發(fā)明分塊對角矩陣分別對Boats,Cameraman,Lena和Mulargia lake四幅圖重構(gòu)的效果圖;圖3是應(yīng)用具體實(shí)施方式采用子塊矩陣和分塊對角矩陣分別對Boats,Cameraman,Lena和Mulargia lake四幅圖重構(gòu)所得效果圖相對真實(shí)原始圖像的信噪比變化值。

具體實(shí)施方式

具體實(shí)施方式一:根據(jù)說明書附圖1具體說明本實(shí)施方式。一種定向遙感的數(shù)據(jù)采集和重構(gòu)方法,所述方法的過程為:

步驟一:生成子塊矩陣Φ,Φ∈RM×N,M<N,M和N都是自然數(shù);

步驟二:通過子塊矩陣逐列采集圖像X∈RN×L的測量數(shù)據(jù)Y=ΦX,Y∈RM×L,L是自然數(shù),即圖像X的列數(shù);

步驟三:將測量數(shù)據(jù)Y逐列首尾連接成y,y∈RML,ML表示M與L的積,并且生成對應(yīng)子塊矩陣Φ的相應(yīng)的分塊對角矩陣ΦDIG,ΦDIG∈RLM×LN,ΦDIG對角線上的子塊矩陣Φ總計L個;

步驟四:通過傳統(tǒng)的信號重構(gòu)算法求解min||x||TV s.t.y=ΦDIGx,重構(gòu)得到x,x∈RNL;

步驟五:將一維向量x按L個元素一列,從頭至尾依次提取排列成二維重構(gòu)圖像XR,XR∈RN×L。

具體實(shí)施方式二:本具體實(shí)施方式是對具體實(shí)施方式一所述的一種定向遙感的數(shù)據(jù)采集和重構(gòu)方法的進(jìn)一步說明,步驟二中所述的逐列采集圖像的測量數(shù)據(jù)是基于衛(wèi)星,飛機(jī)或掃描儀這類線陣推掃數(shù)據(jù)采集模式。

具體實(shí)施方式三:本具體實(shí)施方式是對具體實(shí)施方式一所述的一種定向遙感的數(shù)據(jù)采集和重構(gòu)方法的進(jìn)一步說明,步驟三設(shè)定分塊對角矩陣,除對角線上的L個子塊矩陣外,其他所有的矩陣元素都為0。

具體實(shí)施方式四:下面結(jié)合圖1—圖3具體說明本實(shí)施方式。本實(shí)施方式是采用子塊矩陣和分塊對角矩陣分別對Boats,Cameraman,Lena和Mulargia lake四幅圖重構(gòu),比較其重構(gòu)結(jié)果的優(yōu)劣和信噪比變化。子塊矩陣對圖像的重構(gòu)是基于全變分算法逐列重構(gòu),分塊對角矩陣的重構(gòu)是基于全變分算法的一次全部重構(gòu)。

實(shí)驗結(jié)果如圖2-圖3所示。由圖2可見,右側(cè)由分塊對角矩陣重構(gòu)的圖像明顯更清晰效果更好,左側(cè)由子塊矩陣重構(gòu)的圖像明顯模糊效果更差;由圖3可見,對于四幅圖像,分塊對角矩陣比子塊矩陣的信噪比約都提高8dB。

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