[发明专利]基于GPU的混叠采样的光谱视频快速重构方法

摘要

本发明公开了一种基于GPU的混叠采样的光谱视频快速重构方法，主要解决现有混叠编码采样的光谱视频重构技术速度慢的问题。其技术方案是：包括光谱视频观测和光谱视频反演两大部分。其中，光谱视频观测部分，完成光谱视频的观测过程，得到光谱观测视频；光谱视频反演部分，利用并行算法从光谱观测视频中反演出光谱视频，得到帧率为30帧每秒、空间分辨率300X300、600X600、1200X1200三种可选的光谱视频。本发明大幅提升了重构速度，且能满足对不同重构时间的需求，扩展了应用范围，可用于资源勘探、地质灾害检测和医疗诊断的光谱视频获取。

主权项

一种基于GPU的混叠采样的光谱视频快速重构方法，包括光谱视频观测和光谱视频反演，其特征在于：所述光谱视频观测，包括如下步骤：(1)初始化原始光谱视频信息，设原始光谱视频信息矩阵f₀的大小为M×N×L×T，设任意一点的光谱视频信息为f₀(m,n,k,t)，其中M，N分别表示光谱空间的行数和列数，M×N为光谱视频信息的空间分辨率，(M‑1),(N‑1)是光谱视频信息空间的行和列的最大索引，L为光谱视频信息的光谱分辨率，即光谱视频信息的谱段个数为L，L‑1为光谱视频信息谱段的最大索引，T为光谱视频的观测时间；m和n表示空间维坐标，k表示光谱维坐标，t表示光谱观测时刻，其中0≤m≤M‑1，0≤n≤N‑1，0≤k≤L‑1，t≥0；(2)设编码模板函数矩阵为C(m,n)，用该编码模板函数矩阵对光谱视频信息f₀(m,n,k,t)进行编码，得出经过编码之后的光谱视频信息：f₁(m,n,k,t)＝f₀(m,n,k,t)C(m,n)，其中，C(m,n)随机地取0或1；(3)将编码后的光谱视频信息中每一时刻的第k个谱段的信息平移k个像素，即将每一时刻的第k个谱段第n列的信息平移到第n+k列，得出色散之后的光谱视频信息f₂(m,n,k,t)为：f₂(m,n,k,t)＝f₁(m,n+k,k,t)＝f₀(m,n+k,k,t)C(m,n+k)；(4)分别对平移后的光谱视频信息f₂(m,n,k,t)各个谱段的光谱视频信息进列累加，得出光谱视频的观测结果y(m,n,t)：$y(m,n,t)=\underset{k}{\Σ}{f}_2(m,n,k,t)=\underset{k=0}{\overset{L-1}{\Σ}}{f}_0(m,n+k,k,t)C(m,n+k);$所述光谱视频反演，包括如下步骤：(5)针对不同需求设置300X300，600X600，1200X1200三种不同的光谱视频重构空间分辨率；(6)使用malloc函数申请主机中的内存空间，将光谱视频重构所需要的数据读入到申请的主机内存中；(7)设置GPU中每个线程块中的线程和线程格中线程块；(8)使用cudaMalloc函数在GPU中申请光谱视频重构所需要的显存空间，并使用cudaMemcpy函数将主机内存中与光谱视频重构有关的数据拷贝到GPU显存中；(9)利用两步收缩迭代并行算法TwIST对显存中的光谱视频数据按照设置的空间分辨率进行反演，得到对应空间分辨率的重构光谱视频数据，再使用cudaMemcpy函数把GPU显存中重构的光谱视频数据拷贝到主机内存中；(10)在主机中将重构得到的光谱视频数据按照30帧每秒的帧率合成光谱视频。