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一种全光谱信号解混方法   0    0

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专利申请流程有哪些步骤?
专利申请流程图
申请
申请号:指国家知识产权局受理一件专利申请时给予该专利申请的一个标示号码。唯一性原则。
申请日:提出专利申请之日。
2018-06-22
申请公布
申请公布指发明专利申请经初步审查合格后,自申请日(或优先权日)起18个月期满时的公布或根据申请人的请求提前进行的公布。
申请公布号:专利申请过程中,在尚未取得专利授权之前,国家专利局《专利公报》公开专利时的编号。
申请公布日:申请公开的日期,即在专利公报上予以公开的日期。
2019-02-19
授权
授权指对发明专利申请经实质审查没有发现驳回理由,授予发明专利权;或对实用新型或外观设计专利申请经初步审查没有发现驳回理由,授予实用新型专利权或外观设计专利权。
2021-04-30
预估到期
发明专利权的期限为二十年,实用新型专利权期限为十年,外观设计专利权期限为十五年,均自申请日起计算。专利届满后法律终止保护。
2038-06-22
基本信息
有效性 有效专利 专利类型 发明专利
申请号 CN201810649095.8 申请日 2018-06-22
公开/公告号 CN109238972B 公开/公告日 2021-04-30
授权日 2021-04-30 预估到期日 2038-06-22
申请年 2018年 公开/公告年 2021年
缴费截止日
分类号 G01N21/25G06F17/10 主分类号 G01N21/25
是否联合申请 独立申请 文献类型号 B
独权数量 1 从权数量 1
权利要求数量 2 非专利引证数量 1
引用专利数量 1 被引证专利数量 0
非专利引证 1、2014.04.17介邓飞等.基于高光谱漫透射成像可视化检测脐橙可溶性固形物《.发光学报》.2017,第38卷(第5期),;
引用专利 US2014105338A 被引证专利
专利权维持 4 专利申请国编码 CN
专利事件 事务标签 公开、实质审查、授权
申请人信息
申请人 第一申请人
专利权人 杭州电子科技大学 当前专利权人 杭州电子科技大学
发明人 郭春生、林翰闻、蔡蒙、杨萌 第一发明人 郭春生
地址 浙江省杭州市经济技术开发区白杨街道2号大街1158号 邮编 310018
申请人数量 1 发明人数量 4
申请人所在省 浙江省 申请人所在市 浙江省杭州市
代理人信息
代理机构
专利代理机构是经省专利管理局审核,国家知识产权局批准设立,可以接受委托人的委托,在委托权限范围内以委托人的名义办理专利申请或其他专利事务的服务机构。
浙江千克知识产权代理有限公司 代理人
专利代理师是代理他人进行专利申请和办理其他专利事务,取得一定资格的人。
周希良
摘要
本发明提供一种全光谱信号解混方法,利用端元组约束矩阵描述端元组混合,利用端元组混合模型建立解混目标函数;利用双线性稀疏诱导方法化简所述解混目标函数;利用惯性邻近点交替线性极小化方法求解所述解混目标函数,从而计算全光谱信号的解混过程,克服了光谱端元变异导致的非线性。
  • 摘要附图
    一种全光谱信号解混方法
  • 说明书附图:相应的约束条件为:
    一种全光谱信号解混方法
  • 说明书附图:其中变量
    一种全光谱信号解混方法
  • 说明书附图:其中变量-1
    一种全光谱信号解混方法
  • 说明书附图:式中,
    一种全光谱信号解混方法
  • 说明书附图:和
    一种全光谱信号解混方法
  • 说明书附图:更新惯性系数
    一种全光谱信号解混方法
  • 说明书附图:[0015]
    一种全光谱信号解混方法
  • 说明书附图:[0019]
    一种全光谱信号解混方法
  • 说明书附图:[0021]
    一种全光谱信号解混方法
  • 说明书附图:[0022]
    一种全光谱信号解混方法
  • 说明书附图:[0027]
    一种全光谱信号解混方法
  • 说明书附图:[0031]
    一种全光谱信号解混方法
  • 说明书附图:[0035]
    一种全光谱信号解混方法
  • 说明书附图:[0038]
    一种全光谱信号解混方法
  • 说明书附图:[0041]
    一种全光谱信号解混方法
  • 说明书附图:5
    一种全光谱信号解混方法
  • 说明书附图:[0046]
    一种全光谱信号解混方法
  • 说明书附图:[0047]
    一种全光谱信号解混方法
  • 说明书附图:[0048]
    一种全光谱信号解混方法
  • 说明书附图:[0050]
    一种全光谱信号解混方法
  • 说明书附图:[0051]
    一种全光谱信号解混方法
  • 说明书附图:[0052]
    一种全光谱信号解混方法
  • 说明书附图:[0066]
    一种全光谱信号解混方法
  • 说明书附图:[0069]
    一种全光谱信号解混方法
  • 说明书附图:[0072]
    一种全光谱信号解混方法
  • 说明书附图:[0074]
    一种全光谱信号解混方法
  • 说明书附图:[0075]
    一种全光谱信号解混方法
  • 说明书附图:[0080]
    一种全光谱信号解混方法
  • 说明书附图:[0084]
    一种全光谱信号解混方法
  • 说明书附图:7
    一种全光谱信号解混方法
  • 说明书附图:[0092]
    一种全光谱信号解混方法
  • 说明书附图:[0095]
    一种全光谱信号解混方法
  • 说明书附图:和-1
    一种全光谱信号解混方法
  • 说明书附图:[0100]
    一种全光谱信号解混方法
  • 说明书附图:[0101]
    一种全光谱信号解混方法
  • 说明书附图:[0103]
    一种全光谱信号解混方法
  • 说明书附图:[0104]
    一种全光谱信号解混方法
法律状态
序号 法律状态公告日 法律状态 法律状态信息
1 2021-04-30 授权
2 2019-02-19 实质审查的生效 IPC(主分类): G01N 21/25 专利申请号: 201810649095.8 申请日: 2018.06.22
3 2019-01-18 公开
权利要求
权利要求书是申请文件最核心的部分,是申请人向国家申请保护他的发明创造及划定保护范围的文件。
1.一种全光谱信号解混方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1,利用端元组约束矩阵描述端元组混合,利用端元组混合模型建立解混目标函数;
S2,利用双线性稀疏诱导方法化简所述解混目标函数;
S3,利用惯性邻近点交替线性极小化方法求解所述解混目标函数;
步骤S1中:
端元组约束矩阵为 其中 表示矩阵,K表示端元个数;
端元组混合模型表示为:
yi=MBiai+ni
T
式中,第i个混合元样本为 对应端元组分量为ai=[a1i a2i…aKi] ,且对应的加性噪声为 K个L维端元的谱签名矩阵为
步骤S1中,
N个混合元样本表示为矩阵 对应端元组分量矩阵为
建立解混目标函数:
端元组分量ai和端元组约束矩阵Bi需满足的约束条件为:
步骤S2中,所述双线性稀疏诱导方法具体包括如下步骤:
S21,分别从矩阵B和A中删除第i列bi和第j行 得到矩阵B‑i和A‑j,
定义E=Y‑MB‑iA‑j;
S22,假定B‑i和A‑j已知,求解bi和 所述解混目标函数改写为:
相应的约束条件为:
||aj||0≤v,||bj||0≤s,||Mbj||2=1;
S23,已知等式: 将改写后的解混目
标函数化简为:
式中,f1(aj)=||aj||1,f2(bi)=||bj||1;α、β为惯性系数;
步骤S3中,惯性邻近点交替线性极小化方法具体包括以下步骤:
S31,设 化简后的目标函数(7)表示为:
其中变量
S32,定义邻近点算子:
式中,λ为约束项参数,且λ>0,输入向量 中间向量
采用邻近点算子迭代形成趋于函数f(·)极小值的点序列,约束项参数λ控制点序列的步进长度,推导出一次范数的邻近点算子,表式为:
式中, 表示向量 的第i个元素;
0 0
S33,初始化a和b;
S34,迭代生成序列
更新惯性系数 和 调节系数 计算:
更新惯性系数 和 调节系数 计算:

2.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述步骤S32中,当接近函数f(·)极小值时使用较大的参数值λ,减小点序列的步进长度;远离函数f(·)极小值时使用较小的参数值λ,增加点序列的步进长度。
说明书

技术领域

[0001] 本发明属于全光谱探头技术领域,尤其涉及一种全光谱信号解混方法。

背景技术

[0002] 全光谱感知情况下,每个像元都称之为混合像元,其可以分解为不同的端元。不同的技术指标往往依赖于不同的端元组,根据混合像元求得这些端元组,即所谓的“光谱解混”过程。线性光谱解混在光谱解混中占据有重要地位,它使用线性混合模型分解出这些端元组。然而由于各种因素的影响,往往导致光谱端元具有变异性,这是造成线性光谱解混误差的主要因素之一。
[0003] 光谱解混是实现全光谱探头多功能化实现的核心技术,也是水质监测的预警和溯源的技术基础。因此,如何减少线性光谱解混误差,提高光谱解混的精确性,成为水质监测预警领域亟待解决的问题之一。

发明内容

[0004] 基于上述现有技术存在的缺陷,本发明提出一种全光谱信号解混方法,以提高光谱解混的精确性。
[0005] 为实现本发明的目的,本发明采用如下技术方案:
[0006] 一种全光谱信号解混方法,包括以下步骤:
[0007] S1,利用端元组约束矩阵描述端元组混合,利用端元组混合模型建立解混目标函数;
[0008] S2,利用双线性稀疏诱导方法化简所述解混目标函数;
[0009] S3,利用惯性邻近点交替线性极小化方法求解所述解混目标函数。
[0010] 进一步地,步骤S1中:
[0011] 端元组约束矩阵为 其中 表示矩阵,K表示端元个数;
[0012] 端元组混合模型表示为:
[0013] yi=MBiai+niT
[0014] 式中,第i个混合元样本为 对应端元组分量为ai=[a1i a2i … aKi] ,且对应的加性噪声为 K个L维端元的谱签名矩阵为
[0015] 进一步地,步骤S1中,
[0016] N个混合元样本表示为矩阵 对应端元组分量矩阵为
[0017] 建立解混目标函数:
[0018]
[0019] 端元组分量ai和端元组约束矩阵Bi需满足的约束条件为:
[0020]
[0021]
[0022] ||Mbi||2=1
[0023] 进一步地,步骤S2中,所述双线性稀疏诱导方法具体包括如下步骤:
[0024] S21,分别从矩阵B和A中删除第i列bi和第j行 得到矩阵B‑i和A‑j,定义E=Y‑MB‑iA‑j;
[0025] S22,假定B‑i和A‑j已知,求解bi和 所述解混目标函数改写为:
[0026]
[0027] 相应的约束条件为:
[0028] ||aj||0≤v,||bj||0≤s,||Mbj||2=1;
[0029] S23,已知等式: 将改写后的解混目标函数化简为:
[0030]
[0031] 式中,f1(aj)=||aj||1,f2(bi)=||bj||1;α、β为惯性系数。
[0032] 进一步地,步骤S3中,惯性邻近点交替线性极小化方法具体包括以下步骤:
[0033] S31,设 化简后的目标函数(7)表示为:
[0034]
[0035] 其中变量
[0036] S32,定义邻近点算子:
[0037]
[0038] 式中,λ为约束项参数,且λ>0,输入向量 中间向量
[0039] 采用邻近点算子迭代形成趋于函数f(·)极小值的点序列,约束项参数λ控制点序列的步进长度,推导出一次范数的邻近点算子,表式为:
[0040]
[0041] 式中, 表示向量 的第i个元素;
[0042] S33,初始化a0和b0;
[0043] S34,迭代生成序列
[0044] 更新惯性系数 和 调节系数 计算:
[0045]
[0046]
[0047]
[0048] 更新惯性系数 和 调节系数 计算:
[0049]
[0050]
[0051]
[0052] 进一步地,所述步骤S32中,当接近函数f(·)极小值时使用较大的参数值λ,减小点序列的步进长度;远离函数f(·)极小值时使用较小的参数值λ,增加点序列的步进长度。
[0053] 相对于现有技术,本发明具有以下优点:
[0054] 本发明利用端元组约束矩阵描述端元组混合,利用端元组混合模型建立解混目标函数;利用双线性稀疏诱导方法化简所述解混目标函数;利用惯性邻近点交替线性极小化方法求解所述解混目标函数,从而计算全光谱信号的解混过程,克服了光谱端元变异导致的非线性。

实施方案

[0055] 为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案,下面将结合具体的实施方式,对本发明进行详细地介绍说明。
[0056] 本发明所述全光谱信号解混方法,包括如下步骤:
[0057] S1,利用端元组约束矩阵描述端元组混合,利用端元组混合模型建立解混目标函数;
[0058] S2,利用双线性稀疏诱导方法化简所述解混目标函数;
[0059] S3,利用惯性邻近点交替线性极小化方法求解所述解混目标函数。
[0060] 具体地,步骤S1中,端元组约束矩阵为 其中 表示矩阵,K表示端元个数;
[0061] 端元组混合模型表示为:
[0062] yi=MBiai+ni  (1)T
[0063] 式中,第i个混合元样本为 对应端元组分量为ai=[a1i a2i … aKi] ,且对应的加性噪声为 K个L维端元的谱签名矩阵为
[0064] 较优地,对模型做如下约定,端元组约束矩阵Bi,满足稀疏度约束:
[0065]
[0066] 式中,bki表示端元组矩阵变量,s表示稀疏约束度。
[0067] 对应端元组分量ai满足非负、相加等于1和稀疏约束:
[0068]
[0069] 式中,aki表示端元组分量变量,υ表示稀疏约束度。
[0070] 于是,N个混合元样本表示为矩阵 对应端元组分量矩阵为 根据总平方误差最小的原则建立解混目标函数:
[0071]
[0072] 相应的约束条件可以描述为:
[0073]
[0074]
[0075] ||Mbi||2=1
[0076] 步骤S2中,双线性稀疏诱导方法具体为:
[0077] S21,分别从矩阵B和A中删除第i列bi和第j行 得到矩阵B‑i和A‑j,定义E=Y‑MB‑iA‑j。
[0078] S22,假定B‑i和A‑j已知,求解bi和 解混目标函数(4)改写为:
[0079]
[0080] 相应的约束条件为:
[0081] ||aj||0≤v,||bj||0≤s,||Mbj||2=1。
[0082] S23,已知等式: 根据拉格朗日乘子法将目标函数(6)化简为:
[0083]
[0084] 式(7)中,f1(aj)=||aj||1,f2(bi)=||bj||1;α、β为惯性系数。
[0085] 步骤S3中,惯性邻近点交替线性极小化方法具体包括以下步骤:
[0086] S31,设 化简后的目标函数(7)表示为:
[0087]
[0088] 其中变量
[0089] S32,目标函数中的稀疏约束是非平滑的,类似于牛顿方法解决无约束光滑优化问题,这里使用邻近点优化方法处理约束的非平滑优化问题。
[0090] 定义邻近点算子:
[0091]
[0092] 式中,λ为约束项参数,且λ>0,输入向量 中间向量
[0093] 采用邻近点算子迭代形成趋于函数f(·)极小值的点序列,约束项参数λ控制点序列的步进长度。具体地,接近函数f(·)极小值时使用较大的参数值λ,减小点序列的步进长度;远离函数f(·)极小值时使用较小的参数值λ,增加点序列的步进长度。由此推导出一次范数的邻近点算子,表式为:
[0094]
[0095] 其中 表示向量 的第i个元素。
[0096] S33,初始化a0和b0;
[0097] S34,迭代生成序列
[0098] 更新惯性系数 和 调节系数 计算:
[0099]
[0100]
[0101] 更新惯性系数 和 调节系数 计算:
[0102]
[0103]
[0104] 以上实施例仅用于说明本发明的优选实施方式,但本发明并不限于上述实施方式,在所述领域普通技术人员所具备的知识范围内,本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替代和改进等,其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围之内。
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