[發(fā)明專利]稀疏光譜的壓縮感知重構(gòu)系統(tǒng)及其方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710627232.3
• 申請(qǐng)日: 2017-07-28
• 公開（公告）號(hào): CN107389192B
• 公開（公告）日: 2018-12-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊春勇;劉李興;王潤(rùn)雨;陳考銘;鄧陽(yáng);倪文軍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中南民族大學(xué)
• 主分類號(hào): G01J3/28
• 分類號(hào): G01J3/28
• 代理公司: 武漢宇晨專利事務(wù)所 42001
• 代理人: 黃瑞棠

1.一種稀疏光譜的壓縮感知重構(gòu)系統(tǒng)，

包括光學(xué)單元(10)、電路調(diào)理單元(20)、數(shù)據(jù)處理單元(30)、傳輸單元(40)、上位機(jī)(50)和電源(60)；

其連接關(guān)系是：

光學(xué)單元(10)、電路調(diào)理單元(20)、數(shù)據(jù)處理單元(30)、傳輸單元(40)和上位機(jī)(50)依次連接，實(shí)現(xiàn)光譜實(shí)時(shí)測(cè)量；

數(shù)據(jù)處理單元(30)與光學(xué)單元(10)連接，控制DMD工作；

電源(60)分別與光學(xué)單元(10)、電路調(diào)理單元(20)、數(shù)據(jù)處理單元(30)和傳輸單元(40)連接，保證供電；

其特征在于：

所述的光學(xué)單元(10)包括依次連接的光源(11)、狹縫(12)、準(zhǔn)直透鏡(13)、閃耀光柵(14)、DMD成像透鏡(15)、DMD(16)、成像透鏡組(17)和單點(diǎn)探測(cè)器(18)；

所述的電路調(diào)理單元(20)包括依次連接的第1放大電路(21)、濾波電路(22)和第2放大電路(23)；

所述的數(shù)據(jù)處理單元(30)包括驅(qū)動(dòng)電路(31)、閃存存儲(chǔ)器(32)、JTAG仿真接口(33)、AD轉(zhuǎn)換(34)、外部擴(kuò)展接口(35和)微控制芯片(36)；

其連接關(guān)系是：

微控制芯片(36)分別與包括驅(qū)動(dòng)電路(31)、閃存存儲(chǔ)器(32)、JTAG仿真接口(33、)AD轉(zhuǎn)換(34)和外部擴(kuò)展接口(35)相連接；

外部擴(kuò)展接口(35)與傳輸單元(40)連接；

微控制芯片(36)的工作流程如下：

A、系統(tǒng)初始化(201)；

B、為DMD添加時(shí)序(202)，控制其偏轉(zhuǎn)方式；

C、通過DMD返回的參數(shù)判斷DMD是否驅(qū)動(dòng)成功(203)，是則進(jìn)入步驟D，否則跳轉(zhuǎn)到步驟B；

D、數(shù)據(jù)采樣與保存(204)

通過AD轉(zhuǎn)換器進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣，并保存采樣后的數(shù)據(jù)到閃存存儲(chǔ)器；

E、判斷是否達(dá)到設(shè)定的采樣次數(shù)(205)，是則進(jìn)入步驟F，否則跳轉(zhuǎn)到步驟D；

F、發(fā)送采樣數(shù)據(jù)(206)

將閃存存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)通過傳輸裝置(40)發(fā)送至上位機(jī)；

G、結(jié)束(207)；

所述的上位機(jī)(50)其內(nèi)嵌的工作流程是：

a、開始(301)；

b、接收由傳輸裝置(40)傳輸?shù)牟蓸訑?shù)據(jù)(302)；

c、當(dāng)所有微鏡轉(zhuǎn)至-12°時(shí)，記單點(diǎn)探測(cè)器(18)輸出的電壓為d(303)；

d、當(dāng)所有微鏡轉(zhuǎn)至+12°時(shí)，記單點(diǎn)探測(cè)器(18)輸出的電壓為V₀(304)；

e、依次加載預(yù)設(shè)置的編碼模板，記輸出電壓V_i(305)；

f、令V_i-d(306)；

g、令2V_i-V₀(307)；

h、通過選定的測(cè)量矩陣——部分阿達(dá)瑪矩陣和重構(gòu)算法——SAMP，利用步驟g處理后的數(shù)據(jù)，重構(gòu)出原始光譜(308)；

i、結(jié)束(309)。

2.基于權(quán)利要求1所述一種稀疏光譜的壓縮感知重構(gòu)系統(tǒng)的壓縮感知重構(gòu)方法，其特征在于：

①SAMP壓縮感知重構(gòu)算法的選取及參數(shù)優(yōu)化

設(shè)計(jì)壓縮感知的測(cè)量矩陣，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的壓縮感知采樣，通過對(duì)比分析常用的測(cè)量矩陣，選取重構(gòu)性能較優(yōu)的測(cè)量矩陣并制作成編碼模板應(yīng)用于DMD，完成對(duì)光信號(hào)的調(diào)制；

②部分阿達(dá)瑪矩陣調(diào)制模板生成及DMD控制

選取SAMP算法為壓縮感知的重構(gòu)算法，并設(shè)置不同的步進(jìn)長(zhǎng)度進(jìn)而確定重構(gòu)算法的優(yōu)化參數(shù)，提高重構(gòu)性能；

③數(shù)據(jù)稀疏化處理

對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行稀疏化處理，以消除DMD單點(diǎn)探測(cè)光學(xué)系統(tǒng)稀疏光譜重構(gòu)中不利因素的影響，使得待測(cè)量的稀疏光譜信號(hào)滿足稀疏條件。

3.按權(quán)利要求2所述的壓縮感知重構(gòu)方法，其特征在于所述的步驟①：

1)選取SAMP算法作為壓縮感知的重構(gòu)算法；

2)在相同的步進(jìn)長(zhǎng)度下，通過Matlab工具對(duì)比分析常用測(cè)量矩陣的重構(gòu)性能，包括伯努利隨機(jī)矩陣、部分阿達(dá)瑪矩陣和托普利茲矩陣和循環(huán)矩陣；

3)結(jié)果表明部分阿達(dá)瑪矩陣有較好的重構(gòu)效果，將其制作成編碼模板作用于DMD；

4)驅(qū)動(dòng)電路控制加載有編碼模板的DMD偏轉(zhuǎn)，完成對(duì)光信號(hào)的調(diào)制，最終實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的壓縮感知采樣。