[發(fā)明專利]壓縮編碼光譜成像系統(tǒng)的編碼模板矩陣優(yōu)化設(shè)計(jì)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710630712.5
• 申請(qǐng)日: 2017-07-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107687896B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-08-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 盧孝強(qiáng);鄒純博;唐興佳;李立波;趙強(qiáng);李學(xué)龍;胡炳樑
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所
• 主分類號(hào): G01J3/28
• 分類號(hào): G01J3/28
• 代理公司: 西安智邦專利商標(biāo)代理有限公司 61211
• 代理人: 陳廣民

1.一種壓縮編碼光譜成像系統(tǒng)的編碼模板矩陣優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)隨機(jī)產(chǎn)生m個(gè)編碼模板矩陣B；每個(gè)編碼模板矩陣均為r×q，r代表行，q代表列；

判斷m個(gè)編碼模板矩陣B是否滿足基因編碼要求；若滿足，則直接進(jìn)行步驟2)；若不滿足，則對(duì)編碼模板矩陣進(jìn)行基因編碼后，再進(jìn)行步驟2)；

2)計(jì)算編碼模板矩陣B的適應(yīng)度值；

2.1)基于傳輸噪聲最小化和約束等距性條件構(gòu)建適應(yīng)度評(píng)價(jià)函數(shù)，具體表達(dá)式為：

其中，代表傳輸噪聲最小化的適應(yīng)度評(píng)價(jià)函數(shù)；

P(BH,φ)代表約束等距性條件適應(yīng)度評(píng)價(jià)函數(shù)；

γ為權(quán)重因子；

B為編碼模板矩陣；

H為光學(xué)傳遞矩陣；

φ為稀疏基；

k為噪聲因子，為A的方差，其中A＝BH；

代表v的平均值；

v＝diag[A]，diag為取對(duì)角元素運(yùn)算或?qū)?gòu)造角陣；

Tr為求跡運(yùn)算；

P為求相似度；

傳輸噪聲最小化和約束等距性條件適應(yīng)度評(píng)價(jià)函數(shù)表達(dá)式的構(gòu)建步驟具體是：

2.1.1)建立傳輸噪聲最小化的適應(yīng)度評(píng)價(jià)函數(shù)：

建立投影測(cè)量矩陣A： A＝BH

定義觀測(cè)信號(hào)： y＝Ax+n n為觀測(cè)噪聲，x為原始信號(hào)；

x＝φθ φ為稀疏基；θ為稀疏表示系數(shù)

則：

重構(gòu)原始信號(hào)表示為：其中：A^-1表示A的廣義逆；

重構(gòu)原始信號(hào)的噪聲方差表達(dá)式為：C_prop＝E[A^-1nn′A′^-1]＝A^-1E[nn′]A′^-1

E[nn′]＝k·diag[Ax]

其中：diag為取對(duì)角元素運(yùn)算或構(gòu)造對(duì)角陣，k為噪聲因子；

則,重構(gòu)原始信號(hào)的噪聲方差的優(yōu)化表達(dá)式為：C_prop＝kA^-1diag[Ax]A′^-1

所述壓縮編碼光譜成像系統(tǒng)的噪聲方差為：

其中：為A的方差；

將重構(gòu)原始信號(hào)噪聲和壓縮編碼光譜成像系統(tǒng)噪聲的方差之和作為混合噪聲方差，其表達(dá)式為：

對(duì)上式，進(jìn)行跡運(yùn)算，得到：

再對(duì)上式除以令，并假設(shè)原始信號(hào)x為單位信號(hào)，令v＝diag[A]，此時(shí)的混合噪聲項(xiàng)可寫(xiě)為：

Tr[C_mix]＝sTr[A^-1diag[A]A′^-1]+Tr[A^-1A′^-1]

＝svTr[A^-1A′^-1]+Tr[A^-1A′^-1]＝(sv+1)Tr[Α^-1A′^-1]

將A＝BH代入上式，同時(shí)，為了方便優(yōu)化計(jì)算，用v的平均代替v，得到基于傳輸噪聲最小化的適應(yīng)度評(píng)價(jià)函數(shù)為:

2.1.2)針對(duì)約束等距性要求，投影測(cè)量矩陣A和稀疏表示基φ是不相關(guān)的，即對(duì)于投影測(cè)量矩陣A＝BH，其應(yīng)該滿足相關(guān)函數(shù)P(A,φ)最小；

則約束等距性條件適應(yīng)度評(píng)價(jià)函數(shù)為：

P(A,φ)＝P(BH,φ)

其中,P(A,φ)表示矩陣A和稀疏基φ的相似度；

2.1.3)利用優(yōu)化準(zhǔn)則加權(quán)可加性，對(duì)傳輸噪聲最小化適應(yīng)度函數(shù)和約束等距性評(píng)價(jià)函數(shù)進(jìn)行加權(quán)相加，得到綜合適應(yīng)度評(píng)價(jià)函數(shù)：

2.2)通過(guò)步驟2.1)定義的評(píng)價(jià)函數(shù)計(jì)算m個(gè)編碼模板矩陣B的適應(yīng)度值；

3)利用旋轉(zhuǎn)輪盤方法對(duì)上述編碼模板矩陣進(jìn)行子代選擇；

4)對(duì)選擇得到的子代編碼模板矩陣進(jìn)行交叉處理；

5)對(duì)交叉得到的子代編碼模板矩陣進(jìn)行變異處理，并判斷是否滿足迭代條件，若滿足條件，則迭代結(jié)束，若不滿足條件，返回步驟2)

6)在經(jīng)過(guò)步驟5)處理后的編碼模板矩陣中選擇最優(yōu)的編碼模板矩陣；此處，需判斷編碼模板矩陣是否在步驟1)中進(jìn)行了基因編碼，若是，則通過(guò)基因解碼獲得最終的編碼模板優(yōu)化矩陣；若不是，則直接作為最終的編碼模板優(yōu)化矩陣。