[發明專利]基于神經網絡及寬帶濾波調制的分光方法

有效

• 申請號: 201811599624.4
• 申請日: 2018-12-26
• 公開（公告）號: CN109724917B
• 公開（公告）日: 2021-01-22
• 發明（設計）人: 劉德連;張建奇;董存泉;施富凱;黃曦;王曉蕊
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G01N21/01
• 分類號: G01N21/01;G06N3/08
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 王品華;朱紅星

1.一種基于神經網絡及寬帶濾波調制的分光方法，包括如下步驟：

(1)設計一組n_A個作用于n_λ個波段的光譜透過率不同的調制片，并將其制作成濾鏡，將這些濾鏡安裝在n_A個相應的探測器上，組成探測器陣列；

(2)用探測器陣列分別探測m個已知入射光源，得到m個光譜經過各個濾鏡調制后的數據矩陣并將m個已知入射光源光譜向量I⁽¹⁾,I⁽²⁾,...,I^(m)按照與濾鏡調制后的數據矩陣相同的順序排列成光譜矩陣

(3)對濾鏡調制后的數據矩陣進行歸一化預處理，得到預處理后的數據矩陣F；

(4)將預處理后的數據矩陣F作為訓練的輸入數據和將光譜矩陣作為訓練標簽，共同傳入神經網絡進行有監督訓練，得到訓練好的模型；

(5)用探測器陣列探測未知光源，得到未知光源經n_A個濾鏡調制后的探測數據并對進行歸一化預處理，得到預處理后的未知光源探測數據向量F_test，再將預處理后的未知光源探測數據向量F_test傳入到訓練好的模型，計算得到未知光源的光譜數據I_test，實現分光。

2.根據權利要求1所述的方法，其中(1)中設計一組n_A個作用于n_λ個波段的光譜透過率不同的調制片，并將其制作成濾鏡，其實現如下：

(1a)生成一個n_λ個譜段都為0的初始透過率向量A_init；

(1b)生成3到12范圍內的隨機數p作為高斯峰的個數，生成p個2到22范圍內的隨機數σ₁,σ₂,...,σ_p，并在應用的波段中采用隨機抽取不放回的方式生成p個位置；

(1c)在初始透過率向量A_init的p個位置上分別加上標準差為隨機數σ₁,σ₂,...,σ_p的高斯峰，得到處理后的透過率向量A，將其線性縮放到0.1到1之間，得到第一個設計好的調制片透過率向量a⁽¹⁾；

(1d)重復(1a)到(1c)操作，生成n_A個設計好的調制片的透過率向量

(1e)應用微納結構技術，依照n_A個設計好的調制片的透過率向量制作n_A個濾鏡。

3.根據權利要求1所述的方法，其中(2)中用探測器陣列分別探測m個已知入射光源，得到m個光譜經過各個濾鏡調制后的數據矩陣其實現如下：

(2a)第i個已知光源的光譜數據經探測器陣列中n_A個濾鏡分別調制，得到第i個光源光譜數據I⁽ⁱ⁾經n_A個濾鏡調制后的探測數據其中i＝1,2,...,m；

(2b)將第i個已知光源光譜經過n_A個濾鏡調制后的探測數據組成第i個光譜經探測器陣列調制后的探測數據向量

(2c)將m個光譜經探測器矩陣調制的探測數據向量F⁽¹⁾,F⁽²⁾,...,F^(m)，按如下公式排列，得到m個光譜經過各個濾鏡調制后的數據矩陣

4.根據權利要求1所述的方法，其中(3)中對濾鏡調制后的數據矩陣進行歸一化預處理，得到預處理后的數據矩陣F，按如下步驟進行：

(3a)將n_λ個波段光譜數據全為1的光譜I₁經n_A個濾鏡調制，得到I₁經n_A個濾鏡調制的探測數據

(3b)按如下公式，對濾鏡調制后的數據矩陣進行最大最小值歸一化處理，得到預處理后的數據矩陣F：

其中，j＝1,2,...,n_A，為濾鏡調制后的數據矩陣中的第j列。