压缩编码光谱成像系统的编码模板矩阵优化设计方法技术方案

本发明专利技术涉及一种压缩编码光谱成像系统的编码模板矩阵优化设计方法，其具体步骤是：1)随机产生m个编码模板矩阵B；2)计算编码模板矩阵B的适应度值；3)利用旋转轮盘方法对上述编码模板矩阵进行子代选择；4)对选择得到的子代编码模板矩阵进行交叉处理；5)对交叉得到的子代编码模板矩阵进行变异处理，并判断是否满足迭代条件，若满足条件，则迭代结束，若不满足条件，返回步骤2)；6)在经过步骤5)处理后的编码模板矩阵中选择最优的编码模板矩阵；本发明专利技术通过基于约束等距性条件和传输噪声最小化要求的遗传优化，将编码模板矩阵设计准则进行提升，以使得成像系统的噪声影响最小且编码效果最好。

An optimized design method for encoding template matrix of compressed coded spectral imaging system

The invention relates to a method for optimization design of encoding template matrix compression encoding spectral imaging system, which comprises the steps of: 1) m a randomly generated template matrix encoding B; 2) calculating the encoding template matrix B fitness value; 3) of the encoding template matrix and progeny selection using a rotating disk method; 4 on the choice of the offspring) encoding template matrix cross processing; 5) to get cross progeny encoding template matrix mutation treatment, and to determine whether they meet the iterative conditions. If the condition is satisfied, then the end of the iteration, if the condition is not satisfied, return to step 2); 6) after step 5) select encoding the template matrix optimal encoding template matrix after treatment; the invention by optimizing constraint isometry conditions and transmission noise minimization requirements based on the encoding template matrix design criteria for ascension, so that The image system has the least noise and the best coding effect.

【技术实现步骤摘要】
压缩编码光谱成像系统的编码模板矩阵优化设计方法
本专利技术涉及一种压缩编码光谱成像系统的编码模板矩阵优化设计方法。
技术介绍
光谱成像技术是一种集光学、光谱学、精密机械、电子技术及计算机技术等于一体的新型探测技术，在获取目标空间信息的同时，还可以获得目标的光谱信息。由于传统光谱成像体制，存在系统工程实施难度大、硬件工艺难以实现、海量数据传输压力大、数据冗余量大、数据利用率低等技术瓶颈，出现了一种计算型光谱成像技术，即压缩编码光谱成像技术，它突破探测器硬件、系统工程实施等限制，通过编码模板和色散器件对光信号进行编码混叠调制，并在探测器上完成压缩采样，然后在稀疏先验下，以较低的数据采样率重构得到目标光谱图像信息。在压缩编码光谱成像系统中，编码模板是关键器件，其主要功能是对光信号进行编码调制，其设计决定着最终能否稀疏重构出准确的光谱图像。编码模板主要由不同编码单元组成，而编码模板的编码传递函数正是由这些编码单元决定，其通过编码模板矩阵唯一表示。因此，对编码模板的设计，关键就是对编码模板矩阵的优化设计。通常，编码模板矩阵优化设计的要求是使得投影测量矩阵满足约束等距性条件，即，要求投影测量矩阵本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种压缩编码光谱成像系统的编码模板矩阵优化设计方法，其特征在于，包括以下步骤：1)随机产生m个编码模板矩阵B；每个编码模板矩阵均为r×q，r代表行，q代表列；判断m个编码模板矩阵B是否满足基因编码要求；若满足，则直接进行步骤2)；若不满足，则对编码模板矩阵进行基因编码后，再进行步骤2)；2)计算编码模板矩阵B的适应度值；2.1)基于传输噪声最小化和约束等距性条件构建适应度评价函数，具体表达式为：

【技术特征摘要】
1.一种压缩编码光谱成像系统的编码模板矩阵优化设计方法，其特征在于，包括以下步骤：1)随机产生m个编码模板矩阵B；每个编码模板矩阵均为r×q，r代表行，q代表列；判断m个编码模板矩阵B是否满足基因编码要求；若满足，则直接进行步骤2)；若不满足，则对编码模板矩阵进行基因编码后，再进行步骤2)；2)计算编码模板矩阵B的适应度值；2.1)基于传输噪声最小化和约束等距性条件构建适应度评价函数，具体表达式为：其中，代表传输噪声最小化的适应度评价函数；P(BH,φ)代表约束等距性条件适应度评价函数；γ为权重因子；B为编码模板矩阵；H为光学传递矩阵；φ为稀疏基；k为噪声因子，为A的方差，其中A＝BH；代表v的平均值；v＝diag[A]，diag为取对角元素运算或对构造角阵；Tr为求迹运算；P为求相似度；2.2)通过步骤2.1)定义的评价函数计算m个编码模板矩阵B的适应度值；3)利用旋转轮盘方法对上述编码模板矩阵进行子代选择；4)对选择得到的子代编码模板矩阵进行交叉处理；5)对交叉得到的子代编码模板矩阵进行变异处理，并判断是否满足迭代条件，若满足条件，则迭代结束，若不满足条件，返回步骤2)6)在经过步骤5)处理后的编码模板矩阵中选择最优的编码模板矩阵；此处，需判断编码模板矩阵是否在步骤1)中进行了基因编码，若是，则通过基因解码获得最终的编码模板优化矩阵；若不是，则直接作为最终的编码模板优化矩阵。2.根据权利要求1所述的压缩编码光谱成像系统的编码模板矩阵优化设计方法，其特征在于：传输噪声最小化和约束等距性条件适应度评价函数构建步骤具体是：2.1.1)建立传输噪声最小化的适应度评价函数：建立投影测量矩阵A：A＝BH定义观测信号：y＝Ax+nn为观测噪声，x为原始信号；x＝φθφ为稀疏基；θ为稀疏表示系数则：重构原始信号表示为：其中：A-1表示A的广义逆；重构原始信号的噪声方差表达式为：Cprop＝E[A-1nn′A′-1]＝A-1E[nn′]A′-1E[nn′]＝k·diag[Ax]其中：diag为取对角元素运算或构造对角阵，k为噪声因子；则,重构原始信号的噪声方差的优化表达式为：Cprop...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢孝强，邹纯博，唐兴佳，李立波，赵强，李学龙，胡炳樑，
申请(专利权)人：中国科学院西安光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：陕西,61