Hyperspectral imaging acquires data in both the spatial and frequency domains to offer abundant physical or biological information. However, conventional hyperspectral imaging has intrinsic limitations of bulky instruments, slow data acquisition rate, and spatiospectral tradeoff. Here we introduce hyperspectral learning for snapshot hyperspectral imaging in which sampled hyperspectral data in a small subarea are incorporated into a learning algorithm to recover the hypercube. Hyperspectral learning exploits the idea that a photograph is more than merely a picture and contains detailed spectral information. A small sampling of hyperspectral data enables spectrally informed learning to recover a hypercube from an RGB image. Hyperspectral learning is capable of recovering full spectroscopic resolution in the hypercube, comparable to high spectral resolutions of scientific spectrometers. Hyperspectral learning also enables ultrafast dynamic imaging, leveraging ultraslow video recording in an off-the-shelf smartphone, given that a video comprises a time series of multiple RGB images. To demonstrate its versatility, an experimental model of vascular development is used to extract hemodynamic parameters via statistical and deep-learning approaches. Subsequently, the hemodynamics of peripheral microcirculation is assessed at an ultrafast temporal resolution up to a millisecond, using a conventional smartphone camera. This spectrally informed learning method is analogous to compressed sensing; however, it further allows for reliable hypercube recovery and key feature extractions with a transparent learning algorithm. This learning-powered snapshot hyperspectral imaging method yields high spectral and temporal resolutions and eliminates the spatiospectral tradeoff, offering simple hardware requirements and potential applications of various machine-learning techniques.


翻译:高光谱成像通过在空间和频率域同时采集数据,提供丰富的物理或生物学信息。然而,传统高光谱成像存在仪器笨重、数据采集速率慢以及时空光谱权衡等固有局限。本文引入高光谱学习用于快照式高光谱成像,其中从子区域采样得到的高光谱数据被整合到学习算法中,以恢复超立方体。高光谱学习利用了这一概念:照片不仅是图像,还包含详细的光谱信息。通过对高光谱数据进行少量采样,可实现光谱感知学习,从RGB图像中恢复超立方体。高光谱学习能够恢复超立方体中完整的光谱分辨率,其性能可媲美科学光谱仪的高光谱分辨率。此外,通过利用普通智能手机的低速视频录制(视频由多帧RGB图像组成的时间序列),高光谱学习还能实现超快动态成像。为展示其通用性,我们以血管发育实验模型为例,通过统计和深度学习方法提取血流动力学参数。随后,利用普通智能手机摄像头,以毫秒级的超快时间分辨率评估外周微循环的血流动力学。这种光谱感知学习方法与压缩感知类似,但其透明性使得学习算法能可靠地恢复超立方体并提取关键特征。这种基于学习的快照式高光谱成像方法具有高光谱和高时间分辨率,并消除了时空光谱权衡,同时简化了硬件要求,为多种机器学习技术的应用提供了潜力。

0
下载
关闭预览

相关内容

【2022新书】谱图理论,Spectral Graph Theory,100页pdf
专知会员服务
76+阅读 · 2022年4月15日
最新《联邦学习Federated Learning》报告,Federated Learning
专知会员服务
92+阅读 · 2020年12月2日
[综述]深度学习下的场景文本检测与识别
专知会员服务
78+阅读 · 2019年10月10日
机器学习入门的经验与建议
专知会员服务
94+阅读 · 2019年10月10日
学习自然语言处理路线图
专知会员服务
140+阅读 · 2019年9月24日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
IEEE | DSC 2019诚邀稿件 (EI检索)
Call4Papers
10+阅读 · 2019年2月25日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
无监督元学习表示学习
CreateAMind
27+阅读 · 2019年1月4日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
大数据 | 顶级SCI期刊专刊/国际会议信息7条
Call4Papers
10+阅读 · 2018年12月29日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
视频超分辨 Detail-revealing Deep Video Super-resolution 论文笔记
统计学习与视觉计算组
17+阅读 · 2018年3月16日
【论文】图上的表示学习综述
机器学习研究会
15+阅读 · 2017年9月24日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2023年5月22日
Arxiv
0+阅读 · 2023年5月19日
Arxiv
31+阅读 · 2022年2月15日
VIP会员
最新内容
BES:让语言模型通过双向进化搜索自我改进
专知会员服务
0+阅读 · 51分钟前
以色列-美国-伊朗战争中的无人机:关键要点
专知会员服务
3+阅读 · 今天14:04
《Palantir任务保障性软件安全标准(MA-S2)》
专知会员服务
6+阅读 · 今天13:49
基于声学的无人机检测技术综述
专知会员服务
5+阅读 · 今天13:37
《当代混合战争分析框架:俄乌战争经验教训》
专知会员服务
5+阅读 · 今天13:11
战略前沿人工智能的再思考(中文)
专知会员服务
7+阅读 · 5月29日
《量化地基防空系统间接效应的博弈论方法》
专知会员服务
5+阅读 · 5月29日
相关资讯
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
IEEE | DSC 2019诚邀稿件 (EI检索)
Call4Papers
10+阅读 · 2019年2月25日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
无监督元学习表示学习
CreateAMind
27+阅读 · 2019年1月4日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
大数据 | 顶级SCI期刊专刊/国际会议信息7条
Call4Papers
10+阅读 · 2018年12月29日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
视频超分辨 Detail-revealing Deep Video Super-resolution 论文笔记
统计学习与视觉计算组
17+阅读 · 2018年3月16日
【论文】图上的表示学习综述
机器学习研究会
15+阅读 · 2017年9月24日
相关基金
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员