Publicado

2014-11-01

Efficient reconstruction of Raman spectroscopy imaging based on compressive sensing

Reconstrucción eficiente de imágenes a partir de espectroscopia Raman basada en la técnica de sensado compresivo

Palabras clave:

Raman Spectroscopy, Spectral Imaging, Compressed Sensing, Coded Aperture. (en)
Espectroscopia Raman, Imágenes Espectrales, Sensado Compresivo, Aperturas Codificadas. (es)

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Autores/as

  • Diana Fernanda Galvis-Carreño Universidad Industrial de Santander - Escuela de Ingeniería Química
  • Yuri Hercilia Mejía-Melgarejo Universidad Industrial de Santander - Escuela de Ingenierías Eléctrica, Electrónica y de Telecomunicaciones
  • Henry Arguello-Fuentes Universidad Industrial de Santander - Escuela de Ingeniería de Sistemas e Informática
Raman Spectroscopy Imaging requires long periods of time for the data acquisition and subsequent treatment of the spectral chemical images. Recently, Compressed Sensing (CS) technique has been used satisfactorily in Raman Spectroscopy Imaging, reducing the acquisition time by simultaneously sensing and compressing the underlying Raman spectral signals. The Coded Aperture Snapshot Spectral Imager (CASSI) is an optical architecture that applied effectively the CS technique in Raman Spectroscopy Imaging. The main optical element of CASSI system is a coded aperture, which can transmit or block the information from the underlying scene. The principal design variable in the coded apertures is the percentage of transmissive elements or transmittance. This paper describes the technique of CS in Raman Spectroscopy imaging by using the CASSI system and realizes the selection of the optimal transmittance values of the coded apertures to ensure an efficient recovery of Raman Images. Diverse simulations are performed to determine the Peak Signal to Noise Ratio (PSNR) of the reconstructed Raman data cubes as a function of the transmittance of the coded apertures, the size of the underlying Raman data cubes and the number of projections expressed in terms of the compression ratio.
La Espectroscopia Raman de Imágenes requiere largos periodos de tiempo en la adquisición como en el tratamiento de datos para la construcción de imágenes químicas. Para reducir el tiempo se ha empleado la técnica de Sensado Compresivo (SC) gracias a la detección y compresión simultánea de las señales. El sistema de adquisición de imágenes basado en una apertura codificada (CASSI) es una arquitectura óptica que aplica de manera eficiente los conceptos de SC. El principal elemento del sistema CASSI es una apertura codificada, la cual puede ser vista como un filtro que transmite o bloquea información de una escena. El porcentaje de elementos transmisores es conocido como la transmitancia y esta es una variable de diseño. Este trabajo describe la técnica de SC aplicada a la Espectroscopia Raman de Imágenes empleando el sistema CASSI y realiza la selección de los valores óptimos de transmitancia que garantizan una eficiente reconstrucción de imágenes. Se realizaron diversas simulaciones para determinar la relación señal a ruido (PSNR) de la reconstrucción de un cubo de datos Raman como función de la transmitancia, el tamaño del cubo y el número de capturas expresadas en términos de la relación de compresión.

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