Selectividad espectral en un sistema de censado compreso de imágenes espectrales basado en aperturas codificadas en escala de grises

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dc.contributor.advisorArguello Fuentes, Henry
dc.contributor.advisorRueda Chacón, Hoover Fabian
dc.contributor.authorCalderón Granados, Armando Rafael
dc.date.accessioned2024-03-03T20:08:20Z
dc.date.available2013
dc.date.available2024-03-03T20:08:20Z
dc.date.created2013
dc.date.issued2013
dc.description.abstractEl censado compreso de imágenes espectrales es una técnica de adquisición de señales, que captura un mapa de la variación espectral de una escena. Estos mapas, compuestos de 2 componentes espaciales y una componente espectral son llamados imágenes espectrales. Estas imágenes son usadas en aplicaciones como censado remoto, astrofísica, imágenes biomédicas y vigilancia militar. Recientemente, una nueva arquitectura ha surgido llamada CASSI (Coded Aperture Snapshot Spectral Imaging). El CASSI es un espectrómetro que utiliza aperturas codificadas para tomar una medición compresa en 2 dimensiones. Esta medición luego es procesada mediante un método de reconstrucción para obtener una estimación de la imagen espectral entrante. Tanto las aperturas codificadas como el método de reconstrucción, están basados en la teoría de Compressive Sensing, la cual postula que señales naturales como las imágenes espectrales, pueden ser reconstruidas a partir de un conjunto de mediciones aleatorias. Los enfoques tradicionales del CASSI reconstruyen una franja completa del espectro, para luego desechar las zonas de poco interés, ocasionando una pérdida de tiempo y recursos. La selectividad espectral investiga metodologías para adquirir únicamente las bandas de interés. Para lograr esto, se busca optimizar la distribución de los patrones inscritos en las aperturas codificadas. El presente trabajo presenta una metodología para obtener imágenes espectrales con perfil espectral selectivo, utilizando aperturas codificadas en escala de grises. El uso de este tipo de aperturas está motivado por la forma como varía la señal espectral de los objetos. Primeramente, se exponen conceptos básicos del CASSI. Seguidamente, se presenta un nuevo modelo matemático para el CASSI, que permite el diseño de aperturas codificadas selectivas en escala de grises, junto con un el método de reconstrucción. Por último, se muestran simulaciones del proceso de censado y reconstrucción con aperturas codificadas en escala de grises. Resultados experimentales arrojan un PSNR de alrededor de 30 dB. 1
dc.description.abstractenglishCompressive Spectral Imaging (CSI) is a signal acquisition technique that captures a spatial map of the spectral variation of a scene. These map are called spectral images. Spectral images are widely used in áreas including remote sensing, astrophysics, military surveillance and biomedical optics. Recently, a new optical imaging architecture called Coded Aperture Snapshot Spectral Imaging (CASSI) emerged. The CASSI captures spectral information but uses coded apertures to take 2D compressed measurements from a 3D scene. Afterwards, the compressed measurement is processed by a reconstruction scheme to obtain an estimate of the incoming spectral image. Both, the coded aperture--based approach of CASSI and the reconstruction procedure exploits the Compressive Sensing (CS) theory. CS postulates that natural signals such as spectral images, exhibits a sparse representation when expressed in a convenient basis (i.e. Wavelets) and consequently they can be reconstructed from few random measurements. In CASSI, however, the complete spectrum constituting the 3D scene is recovered and then uninteresting spectral frequencies are discarded, causing a waste of time and power consumption. In consequence, spectral selectivity methods emerged focusing on sensing just the bands of interest. To accomplish selectivity, optimization in the distribution of the patterned features inscribed in the coded aperture is performed. This paper presents a methodology to obtain spectral images with selective spectral profile through the use of CASSI optical imaging system, using gray scale coded apertures instead of binary patterned as have been proposed in the literature. Along with it, we first present a new mathematical model for CASSI. Next, a selective grayscale spectral profile is explored as the design basis of gray scale coded apertures. Finally, a proposed reconstruction scheme is shown, aiming to obtain only the desired bands. Extensively simulations are performed obtaining reconstructions exhibiting PSNRs of up to 30 dB. 1 Research Project. 2 Faculty of Physical-Mechanics Engineering. Systems engineering and Informatics school. Advisor: Henry Arguello Fuentes, Co-advisor: Hoover Fabián Rueda
dc.description.degreelevelPregrado
dc.description.degreenameIngeniero de Sistemas
dc.format.mimetypeapplication/pdf
dc.identifier.instnameUniversidad Industrial de Santander
dc.identifier.reponameUniversidad Industrial de Santander
dc.identifier.repourlhttps://noesis.uis.edu.co
dc.identifier.urihttps://noesis.uis.edu.co/handle/20.500.14071/29195
dc.language.isospa
dc.publisherUniversidad Industrial de Santander
dc.publisher.facultyFacultad de Ingenierías Fisicomecánicas
dc.publisher.programIngeniería de Sistemas
dc.publisher.schoolEscuela de Ingeniería de Sistemas e Informática
dc.rightshttp://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
dc.rights.accessrightsinfo:eu-repo/semantics/openAccess
dc.rights.creativecommonsAtribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0)
dc.rights.licenseAttribution-NonCommercial 4.0 International (CC BY-NC 4.0)
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0
dc.subjectCompressive Spectral Imaging
dc.subjectGrayscale Coded Apertures
dc.subjectSpectral Selectivity
dc.subjectCompressive Sensing.
dc.subject.keywordCompressive Spectral Imaging
dc.subject.keywordGrayscale Coded Apertures
dc.subject.keywordSpectral Selectivity
dc.subject.keywordCompressive Sensing.
dc.titleSelectividad espectral en un sistema de censado compreso de imágenes espectrales basado en aperturas codificadas en escala de grises
dc.title.englishSpectral selectivity in compressive spectral imaging based on grayscale coded apertures 1
dc.type.coarhttp://purl.org/coar/version/c_b1a7d7d4d402bcce
dc.type.hasversionhttp://purl.org/coar/resource_type/c_7a1f
dc.type.localTesis/Trabajo de grado - Monografía - Pregrado
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