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原文传递一种用于压缩光谱检测的自适应编码光源及其自适应编码方法

专利名称：	一种用于压缩光谱检测的自适应编码光源及其自适应编码方法
摘要：	本发明公开了一种用于压缩光谱检测的自适应编码光源及其自适应编码方法，其中自适应编码光源包括聚光部分(1)和发光部分(2)，发光部分(2)包括若干LED灯，且所有LED灯发出多个不同波长段的光；所述发光部分(2)根据压缩光谱检测对象自适应地产生观测矩阵，以及根据观测矩阵对所有LED灯的开关状态进行编码控制；所述聚光部分对LED灯发出的光进行聚光输出。本发明的自适应编码方法及光源，输出波段种类多且可以自动切换输出波段，结构紧凑，体积小，方便携带与安装，而且抗干扰能力强，稳定性好。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	湖南;43
申请人：	中南大学
发明人：	李勇刚;李明睿;耿静轩;阳春华;桂卫华;韩洁;周灿
专利状态：	有效
申请日期：	2023-06-07T00:00:00+0800
发布日期：	2023-11-21T00:00:00+0800
申请号：	CN202310664834.1
公开号：	CN117092026A
代理机构：	长沙市融智专利事务所(普通合伙)
代理人：	熊开兰
分类号：	G01N21/01;G01N21/25;G05B19/042;G;G01;G05;G01N;G05B;G01N21;G05B19;G01N21/01;G01N21/25;G05B19/042
申请人地址：	410083 湖南省长沙市岳麓区麓山南路932号
主权项：	1.一种用于压缩光谱检测的自适应编码光源，其特征在于，包括聚光部分(1)和发光部分(2)，发光部分(2)包括若干LED灯，且所有LED灯发出多个不同波长段的光；所述发光部分(2)根据压缩光谱检测对象自适应地产生观测矩阵，以及根据观测矩阵对所有LED灯的开关状态进行编码控制；所述聚光部分对LED灯发出的光进行聚光输出。 2.根据权利要求1所述的用于压缩光谱检测的自适应编码光源，其特征在于，所述聚光部分(1)包括准直镜(3)、准直镜安装座(4)、双凸透镜(5)、双凸透镜安装座(6)和聚光筒(7)；聚光筒(7)安装于发光部分(2)的上部；准直镜安装座(4)安装于双凸透镜安装座(6)之上，且准直镜安装座(4)和双凸透镜安装座(6)均插于聚光筒(7)中；双凸透镜安装座(6)的中间设置通孔，双凸透镜(5)安装于双凸透镜安装座(6)的通孔内；准直镜安装座(4)中间设置通孔，准直镜(3)安装于准直镜安装座(4)的通孔内；聚光筒(7)的内壁为反光材料，使发光部分(2)发出的光汇聚于双凸透镜(5)；双凸透镜(5)对汇聚光的发散角进行压缩，使光打入准直镜(3)中；准直镜(3)对打入的光进行耦合聚焦，进一步对光的发射角进行压缩以将光传入连接于准直镜(3)上部的光纤。 3.根据权利要求1所述的用于压缩光谱检测的自适应编码光源，其特征在于，所述发光部分(2)包括主控电路板、5块LED板以及由四周挡板和底板构成的外壳，LED灯设置于LED板上；主控电路板设置于底板上，第1块LED板设置于主控电路板的上方，另外4块LED板设置于第1块LED板的四周正方形边沿上且与第1块LED板呈预设角度。 4.根据权利要求3所述的用于压缩光谱检测的自适应编码光源，其特征在于，每块LED板均设置9个LED灯；第1块LED板的中心设置1个LED灯，另外8个LED灯均匀分布于中心LED灯的外侧圆周上；另外4块LED板设置3排LED灯，靠近第1块LED板的一排设置2个LED灯，中间一排和顶端一排分别设置3个和4个LED灯，每相邻两排的LED灯相互错位设置。 5.根据权利要求1所述的用于压缩光谱检测的自适应编码光源，其特征在于，所述主控电路板包括主控板以及设置于主控板上的主控芯片、外部电源接口、稳压模块、内部电源接口、外部通信接口和内部通信接口；外部电源接口用于接入外部电源，稳压模块对接入的外部电源进行降压并对主控板供电，内部电源接口从稳压模块获取电源并对每块LED板供电；外部通信接口用于与外部上位机端通信连接，内部通信接口用于与LED板通信连接；主控芯片内置自适应编码算法，用于实现根据压缩光谱检测对象自适应地产生观测矩阵，以及根据观测矩阵对所有LED灯的开关状态进行编码控制。 6.根据权利要求1所述的用于压缩光谱检测的自适应编码光源，其特征在于，所述主控电路板的主控芯片内置自适应编码算法，用于实现根据压缩光谱检测对象自适应地产生观测矩阵，以及根据观测矩阵对所有LED灯的开关状态进行编码控制，具体地：采用内置的KSVD字典学习算法计算压缩光谱检测对象的原始全光谱信号的稀疏基Ψ；生成一个含N个元素，元素值分别为“0/1”随机的数组，构成初始观测矩阵Φ；其中，N为LED灯的数量，且数组的N个元素与N个LED灯一一对应，元素值0/1对应LED灯的开关两种状态；将观测矩阵Φ与稀疏基Ψ的相干性、重构误差、观测矩阵Φ的稀疏性作为三个优化目标，构建多目标优化问题，优化求解观测矩阵Φ；根据优化求解得到的观测矩阵Φ中的N个元素，控制对应的N个LED灯的开关状态。 7.根据权利要求6所述的用于压缩光谱检测的自适应编码光源，其特征在于，利用状态转移算法不断优化求解观测矩阵Φ。 8.根据权利要求6所述的用于压缩光谱检测的自适应编码光源，其特征在于，根据需要的采样频率，在主控芯片加入相应的延时函数，按延时函数间歇式地控制点亮LED灯。 9.根据权利要求1所述的用于压缩光谱检测的自适应编码光源，其特征在于，所有LED灯均采用电功率为3W的大功率灯珠。 10.一种用于压缩光谱检测的光源自适应编码方法，其特征在于，应用于权利要求1所述的自适应编码光源，用于实现根据压缩光谱检测对象自适应地产生观测矩阵，以及根据观测矩阵对自适应编码光源中所有LED灯的开关状态进行编码控制，具体地：采用KSVD字典学习算法计算压缩光谱检测对象的原始全光谱信号的稀疏基Ψ；生成一个含N个元素，元素值分别为“0/1”随机的数组，构成初始观测矩阵Φ；其中，N为LED灯的数量，且数组的N个元素与N个LED灯一一对应，元素值0/1对应LED灯的开关两种状态；将观测矩阵Φ与稀疏基Ψ的相干性、重构误差、观测矩阵Φ的稀疏性作为三个优化目标，构建多目标优化问题，优化求解观测矩阵Φ；根据优化求解得到的观测矩阵Φ中的N个元素，控制对应的N个LED灯的开关状态。
所属类别：	发明专利