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申请/专利权人：北京航空航天大学

摘要：一种声光可调谐红外多光谱成像系统光谱参数智能选择方法，包含以下步骤：（1）用声光可调谐红外多光谱成像系统采集目标场景的红外多光谱图像数据；（2）对数据进行主成分分析，根据特征值得到光谱参数组合选择数量；（3）基于马尔科夫博弈过程构建多智能体强化学习光谱参数选择模型的环境模型，对多智能体系统的环境模型进行参数化；（4）设计多智能体的输入输出、网络结构与交互关系，构建多智能体强化学习光谱参数选择模型；（5）采用多智能体深度确定性策略梯度算法对模型进行训练；（6）对训练好的模型进行剪枝量化并部署到信息处理单元；（7）模型对声光可调谐红外多光谱成像系统新采集的数据进行选择，声光可调谐红外多光谱成像系统根据选择结果采集并合成优选后的多光谱图像数据。

主权项：1.一种声光可调谐红外多光谱成像系统光谱参数智能选择方法，其特征在于：它包含以下步骤：（1）用声光可调谐红外多光谱成像系统采集目标场景的红外多光谱图像数据；（2）利用步骤（1）中的红外多光谱图像数据进行主成分分析，根据特征值得到光谱参数组合的选择数量；（3）基于马尔科夫博弈过程构建多智能体强化学习光谱参数选择模型的环境模型，多智能体系统包含波长选择智能体和带宽选择智能体，根据目标探测任务对图像信杂比、目标与干扰的光谱差异的需求，以及步骤（1）中的红外多光谱图像数据及其波段数、图像大小、各波段的波长与带宽参数，对多智能体系统的环境模型进行参数化，并根据步骤（2）的结果设置光谱参数组合的选择数量：多智能体强化学习光谱参数选择模型所选的光谱参数包含波长和合成带宽，分别由多智能体系统的波长选择智能体和带宽选择智能体产生；基于马尔科夫博弈过程对多智能体系统的环境模型进行设计，可以由一个元组进行表示，表示多智能体系统的状态，表示波长选择智能体与带宽选择智能体的动作，表示状态转移函数，表示波长选择智能体与带宽选择智能体的奖励函数，表示折扣因子；为了服务于目标探测，要求所选波段的图像信杂比大，以便于不同场景中的目标检测，所选波段组合中目标与干扰的光谱差异大，以便于基于光谱信息进行目标与干扰的区分，因此根据图像信杂比、目标与干扰的光谱差异设置智能体的奖励函数；根据步骤1中获取的多光谱图像序列及其波段数n、图像大小h×w、各波段的波长与带宽，多智能体系统的环境模型建模如下：状态：，表示利用多光谱图像序列提取到的特征，表示当前已经选择的光谱参数；利用2层卷积-长短时记忆网络和1层二维卷积层构建特征提取网络，经过特征提取后得到n×10大小的光谱特征；是长度为n的向量，表示当前已选择的波长和合成带宽；动作：波长选择智能体的动作表示为长度为n的向量，若中索引i对应的值最大，表示从中选择第i个波长；带宽选择智能体的动作为标量，表示所选择的合成带宽，若当前波长选择智能体选择第i个波长，中索引为[i-2，i-1，i，i+1，i+2]的带宽为[，，，，]，那么带宽选择智能体当前动作的最小值为，最大值为；状态转移函数：表示多智能体系统在当前状态下，多智能体采取的动作映射到下一个状态的概率分布，多智能体强化学习光谱参数选择模型的状态转移函数是确定的，作如下表示： ；其中，为已选波段数量，为步骤（2）得到的光谱参数组合的选择数量，表示终止状态；奖励函数：波长选择智能体的奖励函数采用目前所有已选择的波长组合中目标与干扰的光谱角表示，目标光谱与干扰光谱的光谱角表示为： ；定义波长选择智能体的奖励函数；带宽选择智能体的奖励函数采用当前时间步所选的合成带宽对应的合成图像的信杂比SCR表示： ；其中，是合成图像中目标的灰度均值，是目标周围背景的灰度均值，是目标周围背景的灰度标准差，定义奖励函数；合成图像根据当前时间步智能体的动作确定，若当前所选波长为，所选合成带宽为，那么对应的起止波长为和，对数据H中的图像、、，线性插值得到和处的图像和: ；通过积分计算出合成带宽范围内的合成图像： ；多智能体系统的奖励由2个智能体结合得到，即，其中、是可训练参数；折扣因子：，在强化学习中用来调节长期奖励的影响；（4）在步骤（3）构建环境模型的基础上，对波长选择智能体与带宽选择智能体的执行器与评价器的输入输出、网络结构与交互关系进行设计，构建多智能体强化学习光谱参数选择模型；（5）利用步骤（1）中的红外多光谱图像数据作为训练数据，采用多智能体深度确定性策略梯度算法对步骤（4）中构建的多智能体强化学习光谱参数选择模型进行训练；（6）对步骤（5）中训练好的模型进行剪枝量化，并部署到声光可调谐红外多光谱成像系统的信息处理单元；（7）声光可调谐红外多光谱成像系统获取新数据后，首先采用步骤（2）中的主成分分析方法处理新数据，确定光谱参数组合的选择数量，然后利用步骤（6）中部署好的光谱参数选择模型对新数据进行选择，得到最优的波长与合成带宽组合，根据波长与驱动信号频率对应关系得到对应的频率组合，依次产生对应频率的驱动信号获取不同波段图像数据，合成后得到优选后的多光谱图像数据。

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百度查询： 北京航空航天大学 声光可调谐红外多光谱成像系统光谱参数智能选择方法