[發明專利]壓縮編碼光譜成像系統的編碼模板矩陣優化設計方法

有效

• 申請號: 201710630712.5
• 申請日: 2017-07-28
• 公開（公告）號: CN107687896B
• 公開（公告）日: 2019-08-27
• 發明（設計）人: 盧孝強;鄒純博;唐興佳;李立波;趙強;李學龍;胡炳樑
• 申請（專利權）人: 中國科學院西安光學精密機械研究所
• 主分類號: G01J3/28
• 分類號: G01J3/28
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 陳廣民

本發明涉及一種壓縮編碼光譜成像系統的編碼模板矩陣優化設計方法，其具體步驟是：1)隨機產生m個編碼模板矩陣B；2)計算編碼模板矩陣B的適應度值；3)利用旋轉輪盤方法對上述編碼模板矩陣進行子代選擇；4)對選擇得到的子代編碼模板矩陣進行交叉處理；5)對交叉得到的子代編碼模板矩陣進行變異處理，并判斷是否滿足迭代條件，若滿足條件，則迭代結束，若不滿足條件，返回步驟2)；6)在經過步驟5)處理后的編碼模板矩陣中選擇最優的編碼模板矩陣；本發明通過基于約束等距性條件和傳輸噪聲最小化要求的遺傳優化，將編碼模板矩陣設計準則進行提升，以使得成像系統的噪聲影響最小且編碼效果最好。

技術領域

本發明涉及一種壓縮編碼光譜成像系統的編碼模板矩陣優化設計方法。

背景技術

光譜成像技術是一種集光學、光譜學、精密機械、電子技術及計算機技術等于一體的新型探測技術，在獲取目標空間信息的同時，還可以獲得目標的光譜信息。

由于傳統光譜成像體制，存在系統工程實施難度大、硬件工藝難以實現、海量數據傳輸壓力大、數據冗余量大、數據利用率低等技術瓶頸，出現了一種計算型光譜成像技術，即壓縮編碼光譜成像技術，它突破探測器硬件、系統工程實施等限制，通過編碼模板和色散器件對光信號進行編碼混疊調制，并在探測器上完成壓縮采樣，然后在稀疏先驗下，以較低的數據采樣率重構得到目標光譜圖像信息。

在壓縮編碼光譜成像系統中，編碼模板是關鍵器件，其主要功能是對光信號進行編碼調制，其設計決定著最終能否稀疏重構出準確的光譜圖像。編碼模板主要由不同編碼單元組成，而編碼模板的編碼傳遞函數正是由這些編碼單元決定，其通過編碼模板矩陣唯一表示。因此，對編碼模板的設計，關鍵就是對編碼模板矩陣的優化設計。

通常，編碼模板矩陣優化設計的要求是使得投影測量矩陣滿足約束等距性條件，即，要求投影測量矩陣和稀疏表示基是不相關的，或者說，要求投影測量矩陣的行或列不能由稀疏基的行或列線性表示，這里，投影測量矩陣由編碼模板矩陣和光學系統傳遞矩陣乘積得到。

然而，現有的編碼模板矩陣設計方法只考慮了約束等距性條件，并沒有從信號系統的角度考慮能量高效傳輸問題，其特點是，編碼模板矩陣的稀疏性較好，但在信號傳輸中對噪聲的魯棒性較差，噪聲影響過大，為此，需研究不同于單一約束等距性條件下的編碼模板矩陣優化設計方法。

發明內容

為了解決背景技術中的問題，本發明提供了在編碼模板矩陣滿足約束等距性條件的基礎上，以傳輸噪聲最小化為依據，對編碼模板矩陣進行優化搜索設計的壓縮編碼光譜成像系統的編碼模板矩陣優化設計方法。

本發明的具體技術方案是：

本發明提供了一種壓縮編碼光譜成像系統的編碼模板矩陣優化設計方法，包括以下步驟：

1)隨機產生m個編碼模板矩陣B；每個編碼模板矩陣均為r×q，r代表行，q代表列；

判斷m個編碼模板矩陣B是否滿足基因編碼要求；若滿足，則直接進行下一步；若不滿足，則對編碼模板矩陣進行基因編碼后，再進行下一步；

2)計算編碼模板矩陣B的適應度值；

2.1)基于傳輸噪聲最小化和約束等距性條件構建適應度評價函數，具體表達式為：

其中，代表傳輸噪聲最小化的適應度評價函數；

P(BH,φ)代表約束等距性條件適應度評價函數；

γ為權重因子；

B為編碼模板矩陣；

H為光學傳遞矩陣；

φ為稀疏基；

k為噪聲因子，為A的方差，其中A＝BH