Compressive spectral video sensing (CSVS) systems obtain spatial, spectral, and temporal information of a dynamic scene through the encoding of the incoming light rays by using a temporal-static coded aperture (CA). CSVS systems use CAs with binary entries spatially distributed at random. The random spatial encoding of the binary CAs entails a poor quality in the reconstructed images even though the CSVS sensing matrix is incoherent with the sparse representation basis. In addition, since some pixels are totally blocked, information such as object motion is missed over time. This paper substitutes the temporal-static binary coded apertures by a richer spatio-spectro-temporal encoding based on selectable color filters, named temporal colored coded apertures (T-CCA). The spatial, spectral, and time distributions of the T-CCAs are optimized by better satisfying the restricted isometry property (RIP) of the CSVS system. The RIP-optimized T-CCAs lead to spatio-spectral-time structures that tend to sense more uniformly the spatial, spectral, and temporal dimensions. An algorithm for optimally designing the T-CCAs is developed. In addition, a regularization term based on the scene motion is included in the inverse problem leading to a better quality of the reconstructed images. Computational experiments using four different spectral videos show an improvement of up to 6 dB in terms of peak signal-to-noise ratio of the reconstructed images by using the proposed inverse problem and the T-CCA patterns compared with the binary CAs and random and image-optimized CCA patterns.
Contexto: Las imágenes espectrales (SI) contienen información espacio-espectral acerca de una escena disponible en un cubo de datos que usualmente comprende una cantidad significativa de éstos. Los sistemas tradicionales de (SI) adquieren datos redundantes ignorando la alta correlación entre las mediciones y las muestras redundantes. Los sistemas de compresión de imágenes espectrales comprimen los datos espectrales en la etapa de adquisición, lo que permite reducir la cantidad de datos y la redundancia. Actualmente, existen varios sistemas de imágenes espectrales disponibles que proporcionan nuevas funciones para los usuarios y abren un amplio campo de nuevas aplicaciones. Por ejemplo, los sistemas de CASSI, SCSI, SSCS, y HYCA son cuatro de los más destacados.Método: La revisión de algunos trabajos provee amplios estudios de tecnologías disponibles y muestra cómo se pueden utilizar las nuevas capacidades de los enfoques de formación de imágenes espectrales. Sin embargo, para la selección de una arquitectura específica se requiere una comparación cuantitativa y cualitativa de estos sistemas en los mismos escenarios.Resultados: En este trabajo se analiza el rendimiento cualitativo y cuantitativo de estos cuatro sistemas de compresión de imágenes espectrales para evaluarlos en los mismos escenarios. Para ello, cada arquitectura se modela como un sistema de ecuaciones lineales y el proceso de reconstrucción de las imágenes se logra con el mismo enfoque de optimización transmitancia, código de apertura y número de proyecciones.Conclusión: Se muestra que el sistema SSCSI alcanza el mejor rendimiento en la reconstrucción con el valor más alto PSNR.
This paper studies a new motion estimation method based on convolutional sparse coding. The motion estimation problem is formulated as the minimization of a cost function composed of a data fidelity term, a spatial smoothness constraint, and a regularization based on convolution sparse coding. We study the potential interest of using a convolutional dictionary instead of a standard dictionary using specific examples. Moreover, the proposed method is evaluated in terms of motion estimation accuracy and compared with state-of-the-art algorithms, showing its interest for cardiac motion estimation.
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