本发明专利技术公开了一种快照式光谱图像的马赛克空谱梯度方向直方图提取方法，获取快照式光谱图像拍摄时使用的光谱滤波阵列；根据光谱滤波阵列构造快照式光谱图像中像素的空间SFA邻域和光谱SFA邻域；基于快照式光谱图像中像素的空间SFA邻域和光谱SFA邻域，确定快照式光谱图像的空谱梯度算子；使用空谱梯度算子对快照式光谱图像进行卷积，得到马赛克空谱梯度图；基于马赛克空谱梯度图构建马赛克空谱梯度方向直方图；本发明专利技术通过分析马赛克图像的SFA模式特性，设计了四个马赛克空谱梯度算子来提取马赛克空谱梯度特征，无需对采集的原始马赛克图像进行去马赛克或重新排列操作，有效消除了转换过程带来的空谱失真的影响。转换过程带来的空谱失真的影响。转换过程带来的空谱失真的影响。
【技术实现步骤摘要】
快照式光谱图像的马赛克空谱梯度方向直方图提取方法
[0001]本专利技术属于图像处理
，尤其涉及一种快照式光谱图像的马赛克空谱梯度方向直方图提取方法。
技术介绍
[0002]光谱成像技术结合光谱技术和成像技术，可以获取多个连续的光谱图像。光谱图像记录了每个物体的空间信息和光谱信息，可以提供场景中物体的材料或材质信息，从而以更高的精度和细节来描述物体特性，现已被广泛用于军事、工业、农业等各领域。但是，由于光谱图像包含信息量大，拍照时间较长，难以拍摄视频。随着技术的更新，已经开发出高紧凑、低成本、高采集速率的快照式马赛克光谱成像技术，能够以视频速率收集运动场景，为视频任务提供了可能。这种快照式成像技术在单个传感器表面覆盖一层光谱滤波阵列(spectral filter array，SFA)，可以在单次快照中采集多个光谱波段。SFA由基本重复模式构成，每个滤波位置只允许记录一个波段的光谱信息，所采集的二维SFA图像称之为马赛克光谱图像，也可以称为快照式光谱图像。
[0003]目前，已开发了一系列具有不同SFA的快照光谱传感器，例如彩色成像中的彩色滤光片阵列(color filter array，CFA)和多/高光谱成像中的多光谱滤波阵列(multi
‑
SFA，MSFA)。由于所获取图像具有马赛克结构，在特征提取之前，一般需要通过重新排列或去马赛克(例如WB)将二维原始马赛克图像转换为三维光谱立方体。
[0004]但是，这两种方法可能会破坏原始马赛克图像的结构信息，引入空谱失真，并带来较高的计算和存储成本。
技术实现思路
[0005]本专利技术的目的是提供一种快照式光谱图像的马赛克空谱梯度方向直方图提取方法，直接从原始马赛克图像中提取特征，无需对其进行去马赛克或重新排列操作，避免产生空谱失真。
[0006]本专利技术采用以下技术方案：一种快照式光谱图像的马赛克空谱梯度方向直方图提取方法，包括以下步骤：
[0007]获取快照式光谱图像拍摄时使用的光谱滤波阵列；
[0008]根据光谱滤波阵列构造快照式光谱图像中像素的空间SFA邻域和光谱SFA邻域；
[0009]基于快照式光谱图像中像素的空间SFA邻域和光谱SFA邻域，确定快照式光谱图像的空谱梯度算子；
[0010]使用空谱梯度算子对快照式光谱图像进行卷积，得到马赛克空谱梯度图；
[0011]基于马赛克空谱梯度图构建马赛克空谱梯度方向直方图。
[0012]进一步的，确定快照式光谱图像的空谱梯度算子包括：
[0013]根据空间SFA邻域确定空谱水平梯度算子和空谱垂直梯度算子；
[0014]根据光谱SFA邻域确定空谱一阶梯度算子和空谱二阶梯度算子。
[0015]进一步的，根据空间SFA邻域确定空谱水平梯度算子和空谱垂直梯度算子包括：
[0016]构建空间SFA邻域的第一空间相关矩阵f
s
和第一光谱相关矩阵f
k
；
[0017]根据确定空谱水平梯度算子，其中，f
xk
为空谱水平梯度算子，f
sx
根据第一空间相关矩阵f
s
确定；
[0018]根据确定空谱水平梯度算子，其中，f
yk
为空谱垂直梯度算子，f
sy
根据第一空间相关矩阵f
s
确定。
[0019]进一步的，根据光谱SFA邻域确定空谱一阶梯度算子和空谱二阶梯度算子包括：
[0020]构建光谱SFA邻域的第二空间相关矩阵f
sk
和第二光谱相关矩阵f
λk
；
[0021]根据确定空谱一阶梯度算子，其中，f
k
‑
l1
为空谱一阶梯度算子，f
λ1k
根据第二空间相关矩阵f
sk
确定；
[0022]根据确定空谱二阶梯度算子，其中，f
k
‑
l2
为空谱二阶梯度算子，f
λ2k
根据第二光谱相关矩阵f
λk
确定。
[0023]进一步的，使用空谱梯度算子对快照式光谱图像进行卷积包括：
[0024]分别使用空谱水平梯度算子、空谱垂直梯度算子、空谱一阶梯度算子和空谱二阶梯度算子对快照式光谱图像进行卷积，分别得到快照式光谱图像的空谱水平梯度图、空谱垂直梯度图、空谱一阶梯度图和空谱二阶梯度图。
[0025]进一步的，基于马赛克空谱梯度图构建马赛克空谱梯度方向直方图包括：
[0026]通过空谱水平梯度图和空谱垂直梯度图构建第一直方图；
[0027]通过空谱水平梯度图、空谱垂直梯度图和空谱一阶梯度图构建第二直方图；
[0028]通过空谱水平梯度图、空谱垂直梯度图和空谱二阶梯度图构建第三直方图；
[0029]将第一直方图、第二直方图和第三直方图再第三维度串联，形成马赛克空谱梯度方向直方图。
[0030]进一步的，空间SFA邻域为围绕目标像素p形成的n
×
n区域内的所有像素集合，且不包含目标像素p；
[0031]光谱SFA邻域为与目标像素p的关联波段相邻的m个波段所关联的像素集合；
[0032]其中，m和n均为正整数。
[0033]本专利技术的另一种技术方案：一种快照式光谱图像的马赛克空谱梯度方向直方图提取装置，包括：
[0034]获取模块，用于获取快照式光谱图像拍摄时使用的光谱滤波阵列；
[0035]构造模块，用于根据光谱滤波阵列构造快照式光谱图像中像素的空间SFA邻域和光谱SFA邻域；
[0036]设计模块，用于基于快照式光谱图像中像素的空间SFA邻域和光谱SFA邻域，确定快照式光谱图像的空谱梯度算子；
[0037]卷积模块，用于使用空谱梯度算子对快照式光谱图像进行卷积，得到马赛克空谱梯度图；
[0038]构建模块，用于基于马赛克空谱梯度图构建马赛克空谱梯度方向直方图。
[0039]进一步的，确定快照式光谱图像的空谱梯度算子包括：
[0040]根据空间SFA邻域确定空谱水平梯度算子和空谱垂直梯度算子；
[0041]根据光谱SFA邻域确定空谱一阶梯度算子和空谱二阶梯度算子。
[0042]本专利技术的另一种技术方案：一种快照式光谱图像的马赛克空谱梯度方向直方图提取装置，包括存储器、处理器以及存储在存储器中并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述的一种快照式光谱图像的马赛克空谱梯度方向直方图提取方法。
[0043]本专利技术的有益效果是：本专利技术通过分析马赛克图像的SFA模式特性，提出了SFAN概念，并据此设计了四个马赛克空谱梯度算子来提取马赛克空谱梯度特征。由于梯度算子是基于马赛克光谱传感器的SFA结构设计，而不是所获取的数据设计的，因此所提出的特征描述符不受SFA模式不同的限制，可以扩展到任何SFA模式，无需对本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种快照式光谱图像的马赛克空谱梯度方向直方图提取方法，其特征在于，包括以下步骤：获取快照式光谱图像拍摄时使用的光谱滤波阵列；根据所述光谱滤波阵列构造所述快照式光谱图像中像素的空间SFA邻域和光谱SFA邻域；基于所述快照式光谱图像中像素的空间SFA邻域和光谱SFA邻域，确定所述快照式光谱图像的空谱梯度算子；使用所述空谱梯度算子对所述快照式光谱图像进行卷积，得到马赛克空谱梯度图；基于所述马赛克空谱梯度图构建马赛克空谱梯度方向直方图。2.如权利要求1所述的一种快照式光谱图像的马赛克空谱梯度方向直方图提取方法，其特征在于，确定所述快照式光谱图像的空谱梯度算子包括：根据所述空间SFA邻域确定空谱水平梯度算子和空谱垂直梯度算子；根据所述光谱SFA邻域确定空谱一阶梯度算子和空谱二阶梯度算子。3.如权利要求2所述的一种快照式光谱图像的马赛克空谱梯度方向直方图提取方法，其特征在于，根据所述空间SFA邻域确定空谱水平梯度算子和空谱垂直梯度算子包括：构建所述空间SFA邻域的第一空间相关矩阵f
s
和第一光谱相关矩阵f
k
；根据确定空谱水平梯度算子，其中，f
xk
为空谱水平梯度算子，f
sx
根据所述第一空间相关矩阵f
s
确定；根据确定空谱水平梯度算子，其中，f
yk
为空谱垂直梯度算子，f
sy
根据所述第一空间相关矩阵f
s
确定。4.如权利要求2或3所述的一种快照式光谱图像的马赛克空谱梯度方向直方图提取方法，其特征在于，根据所述光谱SFA邻域确定空谱一阶梯度算子和空谱二阶梯度算子包括：构建所述光谱SFA邻域的第二空间相关矩阵f
sk
和第二光谱相关矩阵f
λk
；根据确定所述空谱一阶梯度算子，其中，f
k
‑
l1
为空谱一阶梯度算子，f
λ1k
根据所述第二空间相关矩阵f
sk
确定；根据确定所述空谱二阶梯度算子，其中，f
k
‑
l2
为空谱二阶梯度算子，f
λ2k
根据所述第二光谱相关矩阵f
λk
确定。5.如权利要求4所述的一种快照式...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵永强，陈路路，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：
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