Mejoramiento de la resolución espectral de imágenes hiperespectrales, por medio de un sistema óptico compresivo de múltiple-apertura

Abstract

El sistema de sensado de imágenes espectrales, basado en la apertura codificada y de única toma (CASSI), captura la información espacial y espectral de una escena; mediante mediciones codificadas aleatorias capturadas en un sensor 2D. Un algoritmo basado en la teoría de sensado compresivo (CS), es utilizado para recuperar la escena tridimensional original a partir de las mediciones aleatorias capturadas. La calidad de reconstrucción de la escena depende exclusivamente, de la matriz de sensado del CASSI, la cual es determinada por la estructura de las aperturas codificadas que son utilizadas.En este artículo, se propone una generalización del sistema CASSI por medio del desarrollo de un sistema óptico multi-apertura, que permite el mejoramiento de la resolución espectral. En el sistema propuesto, un par de aperturas codificadas de alta resolución es introducido en el sistema CASSI, permitiendo así, la codificación tanto espacial como espectral de la imagen hiperespectral. Este enfoque permite la reconstrucción de cubos de datos hiperespectrales, donde el número de las bandas espectrales se aumenta significativamente respecto al original, y la calidad espacial es mejorada en gran medida. Así mismo, los experimentos simulados muestran mejoramiento en la relación de pico-de-señal-a-ruido (PSNR), junto con un mejor ajuste en las firmas espectrales reconstrui-das sobre los datos espectrales originales.The Coded Aperture Snapshot Spectral Imaging (CASSI) system captures the three-dimensional (3D) spatio-spectral information of a scene using a set of two-dimensional (2D) random-coded Focal Plane Array (FPA) measurements. A compressive sensing reconstruc-tion algorithm is then used to recover the underlying spatio-spectral 3D data cube. The quality of the reconstructed spectral images depends exclusively on the CASSI sensing matrix, which is determined by the structure of a set of random coded apertures. In this paper, the CASSI system is generalized by developing a multiple-aperture optical imaging system such that spectral resolution en-hancement is attainable. In the proposed system, a pair of high-resolution coded apertures is introduced into the CASSI system, allow-ing it to encode both spatial and spectral characteristics of the hyperspectral image. This approach allows the reconstruction of super-resolved hyperspectral data cubes, where the number of spectral bands is significantly increased and the quality in the spatial domain is greatly improved. Extensively simulated experiments show a gain in the peak-signal-to-noise ratio (PSNR), along with a better fit of the reconstructed spectral signatures to the original spectral data