[发明专利]压缩编码光谱成像系统的编码模板矩阵优化设计方法

说明书

本发明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。

技术领域

本发明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。

背景技术

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，要求投影测量矩阵和稀疏表示基是不相关的，或者说，要求投影测量矩阵的行或列不能由稀疏基的行或列线性表示，这里，投影测量矩阵由编码模板矩阵和光学系统传递矩阵乘积得到。

然而，现有的编码模板矩阵设计方法只考虑了约束等距性条件，并没有从信号系统的角度考虑能量高效传输问题，其特点是，编码模板矩阵的稀疏性较好，但在信号传输中对噪声的鲁棒性较差，噪声影响过大，为此，需研究不同于单一约束等距性条件下的编码模板矩阵优化设计方法。

发明内容

为了解决背景技术中的问题，本发明提供了在编码模板矩阵满足约束等距性条件的基础上，以传输噪声最小化为依据，对编码模板矩阵进行优化搜索设计的压缩编码光谱成像系统的编码模板矩阵优化设计方法。

本发明的具体技术方案是：

本发明提供了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，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，则直接进行下一步；若不满足，则对编码模板矩阵进行基因编码后，再进行下一步；

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