Omnidirectional hyperspectral imaging

Abstract

Hiperspektral görüntüleme sistemleri elektromanyetik tayfın ilgili bölgelerinde sık aralıklarla çok sayıda bant üzerinden veri toplayarak görüntülenecek sahne hakkında zengin bir spektral içerik sunar. Uzaktan algılama uygulamalarında, görüntülenecek sahneye göre uzamsal çözünürlüğün yetersiz kalması spektral karışım problemine yol açar. Perspektif görüntülerde bu zor problemi çözmeyi amaçlayan birçok spektral ayrıştırma yöntemi geliştirilmiştir. Diğer yanda, tüm yönlü görüntüleme sistemleri uzamsal çözünürlükten feragat ederek tek görüntüde 360 derecelik görüş alanı sağlarlar. Bu tezde, hiperspektral kameralar ile aynalar beraber kullanılarak yeni bir katadioptrik görüntüleme sistemi tasarlanmış ve her iki kipin de avantajlarından yararlanılmıştır. Katadioptik görüntülerde kullanılan aynanın yapısına bağlı olarak dairesel bir bozulma meydana gelmektedir. Bu bozulma uzamsal çözünürlüğün sahnede eşit dağılmamasına yol açarak hiperspektral görüntülemede karşılaşılan ayrıştırma problemini daha da karmaşık hale getirmektedir. Bu bağlamda, önerilen sisteme özel bir uzamsal spektral ayrıştırma algoritması geliştirilmiştir. Önerilen yöntemlerin başarımları gerçek dünya ve benzetilmiş görüntüler üzerinde değerlendirilmiştir. Deneysel sonuçlar karşılaştırılan yöntemlere göre başarımın arttığını göstermektedir.

Hyperspectral imaging systems provide dense spectral information on the scene under investigation by collecting data from a high number of contiguous bands of the electromagnetic spectrum. The low spatial resolutions of these sensors frequently give rise to the mixing problem in remote sensing applications. Several unmixing approaches are developed in order to handle the challenging mixing problem on perspective images. On the other hand, omnidirectional imaging systems provide a 360-degree field of view in a single image at the expense of lower spatial resolution. In this thesis, we propose a novel imaging system which integrates hyperspectral cameras with mirrors so on to yield catadioptric omnidirectional imaging systems to benefit from the advantages of both modes. Catadioptric images, incorporating a camera with a reflecting device, introduce radial warping depending on the structure of the mirror used in the system. This warping causes a non-uniformity in the spatial resolution which further complicates the unmixing problem. In this context, a novel spatial-contextual unmixing algorithm specifically for the large field of view of the hyperspectral imaging system is developed. The proposed algorithm is evaluated on various real-world and simulated cases. The experimental results show that the proposed approach outperforms compared methods.