[发明专利]基于光调制压缩降维感知激光诱导光谱分析方法和装置

摘要

本发明公开了一种基于光调制压缩降维感知的激光诱导光谱分析方法和装置，向被测样品输出激光，接收所述被测样品产生的等离子体信号光；将所述信号光按波长进行分光处理，再汇聚进行光学成像；对成像后的信号光采用压缩感知的降维探测调制，同时对成像后的信号光进行强度测试获得强度变化数值；根据压缩感知的降维探测处理后的信号光以及所述的强度变化数值，进行信号重构，获得光谱图像。因此，所述基于光调制压缩降维感知的激光诱导光谱分析方法和装置能够解决现有激光诱导等离子体光谱技术成本高、精度差的问题。

主权项

1.一种基于光调制压缩降维感知的激光诱导光谱分析方法，其特征在于，包括步骤：向被测样品输出激光，接收所述被测样品产生的等离子体信号光；将所述信号光按波长进行分光处理，再汇聚进行光学成像；对成像后的信号光采用压缩感知的降维探测调制，同时对成像后的信号光进行强度测试获得强度变化数值；根据压缩感知的降维探测处理后的信号光以及所述的强度变化数值，进行信号重构，获得光谱图像；所述根据压缩感知的降维探测处理后的信号光以及所述的强度变化数值进行信号重构，包括：反复在空间光调制器件上加载测量矩阵Φ得到调制后的信号，并与对调制后的信号进行强度测试获得的强度变化测量值y联立，建立欠定方程组y＝Φx，进而得到原信号x；设x为长度N的一维信号，稀疏度为k，A为M×N的二维矩阵，y＝Φx为长度M的一维测量值；对调制后的信号进行强度测试获得的强度变化测量值y和测量矩阵Φ的基础上，求解欠定方程组y＝Φx得到原信号x；其中，所述的信号x本身并不是稀疏的，需要在稀疏基上进行稀疏表示：x＝Ψs，Ψ为稀疏基矩阵，s为稀疏系数；那么欠定方程为y＝Φx＝ΦΨs＝Θs；之后，将原来的测量矩阵Φ变换为传感矩阵Θ＝ΦΨ，解出s的逼近值s’，则原信号x’＝Ψs’；当矩阵Φ满足RIP准则时，压缩感知理论能够通过对上式的逆问题根据逼近值s’先求解稀疏系数s，然后将稀疏度为k的信号x从M维的测量投影值y中恢复出来，解码的方法是通过l₀范数下求解的最优化问题：由于信号x可稀疏表示为x＝Ψs，同时y＝Φx，α为重构向量，等效于稀疏系数s，从而得到稀疏系数s的估计s′，则得到原信号x′＝Ψs′。