(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
以下のステップＳ１〜Ｓ４を含む低ランクスパース分解に基づく引火性液体検出信号のノイズ除去方法。
Ｓ１：測定対象となる引火性液体の検出信号X1を収集するステップ、
Ｓ２：検出信号X1をクリーニングおよび前処理して信号Ｘ２を得るステップ、
Ｓ３：ステップＳ１〜Ｓ２をｎ回繰り返し、毎回得られたベクトルを列として、最後に１つのｍ×ｎ行列Ｘを得るステップ、
Ｓ４：得られた信号Ｘについて、低ランクスパース分解によって測定対象となる引火性液体の検出信号Ｘは、各々が低ランク行列Ｌ、スパース行列Ｓおよびノイズ行列Ｎの３つの信号成分に分解し、分解されたスパース行列Ｓおよびノイズ行列Ｎを除去して、ノイズ除去後の信号Ｌを得るステップ。
【請求項２】
前記ステップＳ１は、広帯域ビーム集束システムで測定対象となる引火性液体を検出して、測定対象となる引火性液体の散乱パラメータを得、前記散乱パラメータは、異なる周波数点での振幅情報および位相情報を含み、周波数点の数をｍとし、各周波数点での振幅情報を取得して、１つのｍ×１のベクトルX1を構成するステップを含むことを特徴とする、請求項１に記載の低ランクスパース分解に基づく引火性液体検出信号のノイズ除去方法。
【請求項３】
前記ステップＳ２は、以下のステップＳ２０１およびステップＳ２０２を含むことを特徴とする、請求項１に記載の低ランクスパース分解に基づく引火性液体検出信号のノイズ除去方法。
Ｓ２０１：収集された検出信号X1をクリーニングして、クリーニング後のデータSsaを得るステップ、
Ｓ２０２．クリーニング後のデータSsaを前処理して、信号Ｘ２を得るステップ。
【請求項４】
前記ステップＳ２０１は、以下のステップを含むことを特徴とする、請求項３に記載の低ランクスパース分解に基づく引火性液体検出信号のノイズ除去方法。
データ重複処理ステップ：重複データを削除して重複データのクリーニングを実現；前記データ重複とは、任意の周波数点で複数のデータが表示される現象を意味し；
データ難読化処理ステップ：信号における任意の周波数点での値がすべて負の数であるかどうかを識別し、それらがすべて負の数である場合、前記信号を保持し；それらがすべて負の数でない場合、信号を破棄して、ステップＳ１に戻って信号検出を再実行する。
【請求項５】
さらに、前記ステップＳ２０２は、以下のステップを含む、すなわち、
（１）クリーニングした後のデータSsaをスケルチするステップ
【数１】
0006934693.tif 000029
式中、S1は、スケルチで得られたデータであり、Semは空気の散乱パラメータであり；
（２）スケルチで得られたデータS1へデータの充填を行うステップ
信号収集システムの走査バンド間隔の不均一性および信号長の不一致を考慮して、充填操作でデータを処理し、信号データの走査間隔を０．０１２５ＧＨｚに固定して信号Ｘ２を得る。充填操作過程で、ダウンサンプリング法を用いて、固定間隔よりも小さい信号データを抽出し、３次補間法を用いて、固定間隔よりも大きい信号データを統一する、
ことを特徴とする請求項３に記載の低ランクスパース分解に基づく引火性液体検出信号のノイズ除去方法。
【請求項６】
前記ステップＳ４は、以下のサブステップＳ４０１〜Ｓ４０３を含むことを特徴とする請求項１に記載の低ランクスパース分解に基づく引火性液体検出信号のノイズ除去方法。
Ｓ４０１：前処理して得られた信号Xに対して低ランクスパース分解に基づいて信号成分を分解するステップ
低ランクスパース分解過程で、測定対象となる引火性液体の検出信号Ｘは、各々が低ランク行列Ｌ、スパース行列Ｓおよびノイズ行列Ｎの３つの部分で構成されていると考えられ；低ランク行列Ｌは、信号内の純粋な液体情報、すなわち、バックグラウンド液体信号を表し；スパース行列Ｓは、異常な情報を表し；
これにより前処理された後の測定対象となる引火性液体の検出信号は、次式で表される
【数２】
0006934693.tif 000030
検出信号のノイズ除去問題を次式のような問題に変換する、
【数３】
0006934693.tif 000031
Ｓ４０２：反復の初期パラメータを設定するステップ
初期パラメータr，k，∈，qを設定し、制約条件rank（L）≦r,card(S)≦kを与え、rank（L）はＬのランクを表し、card(S)はＳの基数を表し；初期の零行列L0,S0を設定し、ｔ＝０を初期化し；
Ｓ４０３：オリジナル信号行列内の液体関連情報部分、すなわち低ランク部分Ｌを得るステップ
（１）ｔを更新させ、更新後のｔは更新前のｔ＋１に等しく、すなわち、t=t+1にさせる、
0006934693.tif 000032
式中、Lｔ、Ｓｔは、ｔ回目の反復過程中の低ランク行列およびスパース行列を表し；
（３）中間パラメータＹ１、Ａ２を計算する、
【数５】
0006934693.tif 000033
式中、ｎ×ｒ列のランダムデータ行列；
（４）中間パラメータＹ２を計算する、
【数６】
0006934693.tif 000034
ＱＲ分解法でＹ２のＱＲ分解を行って次式で表されるものを得る、
【数７】
0006934693.tif 000035
式中、Ｑ２は、Ｙ２のＱＲ分解によって得られた正規直交行列を表し、Ｒ２はＹ２のＱＲ分解によって得られた上三角行列を表し；
（５）中間パラメータＹ１を更新させ、更新後のＹ１は、次式で表される、
【数８】
0006934693.tif 000036
ＱＲ分解法で更新されたＹ１のＱＲ分解を行って次式で表されるものを得る、
【数９】
0006934693.tif 000037
式中、Ｑ１は、Ｙ１のＱＲ分解によって得られた正規直交行列を表し、Ｒ１はＹ１のＱＲ分解によって得られた上三角行列を表し；
（６）次式を満たしているかどうかを判断する、
【数１０】
0006934693.tif 000038
満たしていた場合、ｒを次のように更新する、
【数１１】
0006934693.tif 000039
満たしていない場合、ｒを変更しないでそのままにし；
（７）Lｔ、Ｓｔを計算する、
【数１２】
0006934693.tif 000040
Ωは、行列｜Ｘ−Lｔ｜のｋ個前の最大要素のインデックスセットであり、ＰΩ（）は行列に対するインデックスセットΩのサンプリング射影を表し；  
（８）次式を満たしているかどうかを判断する、
【数１３】
0006934693.tif 000041
満たしていた場合、行列Ｘを更新し、更新後の行列Ｘは、Lｔに等しく、すなわち、Ｘ＝Lｔにさせてからステップ（１）に戻り、反復を続行し；
満たしていない場合、反復を終了し、最終の低ランク行列Ｌ＝Lｔを出力する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、引火性液体の検出に関し、特に、低ランクスパース分解に基づく引火性液体検出信号のノイズ除去方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
物流産業の急速な発展に伴い、交通輸送の安全性が益々重視されてきた。このため公共の場での安全検査プロセスも益々重要になっており、現段階では引火性液体が主に手作業で検出されている。インテリジェント技術の絶え間ない発展に伴い、インテリジェントな方法で引火性液体を検出するのが交通輸送の安全検査の発展傾向となっている。引火性液体の検出も徐々に交通輸送の安全分野研究のコアな問題となりつつあり、かけがえのない役割を果たしている。
【０００３】
引火性液体の検出過程においてノイズは、検出確度に影響を与える重要な要因であるため、検出信号のノイズ除去が、引火性液体にとって重要な意味がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、従来技術の欠点を克服し、検出信号をクリーニングと前処理した後、低ランクスパース分解に基づいて、信号の分解およびノイズ除去を行い、引火性液体の検出確度の向上に役立つ低ランクスパース分解に基づく引火性液体検出信号のノイズ除去方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために本発明では次のような技術的手段を講じた。
低ランクスパース分解に基づく引火性液体検出信号のノイズ除去方法であって、以下のステップＳ１〜Ｓ４を含む、すなわち、
Ｓ１：測定対象となる引火性液体の検出信号X１を収集するステップ、
Ｓ２：検出信号X１をクリーニングおよび前処理して信号Ｘ２を得るステップ、
Ｓ３：ステップＳ１〜Ｓ２をｎ回繰り返し、毎回得られたベクトルを列として、最後に１つのｍ×ｎ行列Ｘを得るステップ、
Ｓ４：低ランクスパース分解に基づいて、得られた信号Xについて信号成分の分解およびノイズを除去して、ノイズ除去後の信号Ｌを得るステップ。
【０００６】
さらに、前記ステップＳ１は、以下のステップを含む、すなわち
広帯域ビーム集束システムで測定対象となる引火性液体を検出して、測定対象となる引火性液体の散乱パラメータを得、前記散乱パラメータは、異なる周波数点での振幅情報および位相情報を含み、周波数点の数をｍとし、各周波数点での振幅情報を取得して、１つのｍ×１のベクトルX１を構成する。
【０００７】
さらに、前記ステップＳ２は、以下のステップを含む、すなわち
Ｓ２０１：収集された検出信号X１をクリーニングして、クリーニング後のデータSsaを得るステップ、
Ｓ２０２：クリーニング後のデータSsaを前処理して、信号Ｘ２を得るステップ。
【０００８】
さらに、前記ステップＳ２０１は、以下のステップを含む、すなわち、
データバンド欠落処理ステップ：画像編集ソフトウェアを使用してパッチを手動で消去してから、ＯＣＲ技術を実行して欠落バンドデータのクリーニングを実現し；
データ重複処理ステップ：重複データを削除して重複データのクリーニングを実現；前記データ重複とは、任意の周波数点で複数のデータが表示される現象を意味し；
データ難読化処理ステップ：信号における任意の周波数点での値がすべて負の数であるかどうかを識別し、それらがすべて負の数である場合、前記信号を保持し；それらがすべて負の数でない場合、信号を破棄して、ステップＳ１に戻って信号検出を再実行する。
【０００９】
さらに、前記ステップＳ２０２は、以下のステップを含む、すなわち、
（１）クリーニングした後のデータSsaをスケルチするステップ
【数１】
0006934693.tif 000002
式中、S1は、スケルチで得られたデータであり、Semは空気の散乱パラメータであり；
（２）スケルチで得られたデータS1へデータの充填を行うステップ
信号収集システムの走査バンド間隔の不均一性および信号長の不一致を考慮して、充填操作でデータを処理し、信号データの走査間隔を０．０１２５ＧＨｚに固定して信号Ｘ２を得る。充填操作過程で、ダウンサンプリング法を用いて、固定間隔よりも小さい信号データを抽出し、３次補間法を用いて、固定間隔よりも大きい信号データを統一する。
【００１０】
さらに、前記ステップＳ４は、以下のサブステップを含む、すなわち、
Ｓ４０１：低ランクスパース分解に基づいて前処理して得られた信号Xて信号成分を分解するステップ
低ランクスパース分解過程で、測定対象となる引火性液体の検出信号Ｘは、各々が低ランク行列Ｌ、スパース行列Ｓおよびノイズ行列Ｎの３つの部分で構成されていると考えられ；低ランク行列Ｌは、信号内の純粋な液体情報、すなわち、バックグラウンド液体信号を表し；スパース行列Ｓは、異常な情報を表し；
これにより前処理された後の測定対象となる引火性液体の検出信号は、次式で表される、
【数２】
0006934693.tif 000003
検出信号のノイズ除去問題を次式のような問題に変換する、
【数３】
0006934693.tif 000004
Ｓ４０２：反復の初期パラメータを設定するステップ
初期パラメータr，k，∈，qを設定し、制約条件rank（L）≦r,card(S)≦kを与え、rank（L）はＬのランクを表し、card(S)はＳの基数を表し；初期の零行列L0,S0を設定し、ｔ＝０を初期化し；
Ｓ４０３：オリジナル信号行列内の液体関連情報部分、すなわち低ランク部分Ｌを得るステップ
（１）ｔを更新させ、更新後のｔは更新前のｔ＋１に等しく、すなわち、t=t+1にさせる、
0006934693.tif 000005
式中、Lt、Stは、ｔ回目の反復過程中の低ランク行列およびスパース行列を表し；
（３）中間パラメータY1、A2を計算する、
【数５】
0006934693.tif 000006
式中、ｎ×ｒ列のランダムデータ行列；
（４）中間パラメータY2を計算する、
【数６】
0006934693.tif 000007
ＱＲ分解法でY2のＱＲ分解を行って次式で表されるものを得る、
【数７】
0006934693.tif 000008
式中、Q2は、Y2のＱＲ分解によって得られた正規直交行列を表し、R2はY2のＱＲ分解によって得られた上三角行列を表し；
（５）中間パラメータY1を更新させ、更新後のY1は、次式で表される、
【数８】
0006934693.tif 000009
ＱＲ分解法で更新されたY1のＱＲ分解を行って次式で表されるものを得る、
【数９】
0006934693.tif 000010
式中、Q1は、Y1のＱＲ分解によって得られた正規直交行列を表し、R1はY1のＱＲ分解によって得られた上三角行列を表し；
（６）次式を満たしているかどうかを判断する、
【数１０】
0006934693.tif 000011
満たしていた場合、ｒを次のように更新する、
【数１１】
0006934693.tif 000012
満たしていない場合、ｒを変更しないでそのままにし；
（７）Lt、Stを計算する、
【数１２】
0006934693.tif 000013
Ωは、行列｜Ｘ−Lt｜のｋ個前の最大要素のインデックスセットであり、PΩ()は行列に対するインデックスセットΩのサンプリング射影を表し；  
（８）次式を満たしているかどうかを判断する、
【数１３】
0006934693.tif 000014
満たしていた場合、行列Ｘを更新し、更新後の行列Ｘは、Ltに等しく、すなわち、X=Ltにさせてからステップ（１）に戻り、反復を続行し；
満たしていない場合、反復を終了し、最終の低ランク行列Ｌ＝Ltを出力する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の有利な効果としては、検出信号をクリーニングおよび前処理した後、低ランクスパース分解に基づいて信号の分解とノイズを除去することで、引火性液体の検出確度を向上させるのに役立つ。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の方法のフローチャートである。
【図２】実施例における広帯域ビーム集束システムを示す模式図である。
【図３】実施例における実際のデータを示す模式図である。
【図４】実施例における信号分解を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、添付図面を参照しつつ、本発明の技術的手段をさらに詳細に描写するが、本発明の保護範囲は下記に限定されない。
【００１４】
図１に示すように、低ランクスパース分解に基づく引火性液体検出信号のノイズ除去方法であって、以下のステップＳ１〜Ｓ４を含む、すなわち
Ｓ１：測定対象となる引火性液体の検出信号X1を収集するステップ、
Ｓ２：検出信号X1をクリーニングおよび前処理して信号Ｘ２を得るステップ、
Ｓ３：ステップＳ１〜Ｓ２をｎ回繰り返し、毎回得られたベクトルを列として、最後に１つのｍ×ｎ行列Ｘを得るステップ、
Ｓ４：低ランクスパース分解に基づいて、得られた信号Xて信号成分の分解およびノイズを除去して、ノイズ除去後の信号Ｌを得るステップ。
【００１５】
さらに、前記ステップＳ１は、以下のステップを含む、すなわち、
広帯域ビーム集束システムで測定対象となる引火性液体を検出して、測定対象となる引火性液体の散乱パラメータを得、前記散乱パラメータは、異なる周波数点での振幅情報および位相情報を含み、周波数点の数をｍとし、各周波数点での振幅情報を取得して、１つのｍ×１のベクトルX1を構成する。
【００１６】
図２に示すように、本出願の実施例において、広帯域ビーム集束システムは、一対のダブルリッジホーンアンテナＡ、Ｂ、集束レンズペアＬ１、Ｌ２、サンプルを載置するための載置台（固定具）Ｓ、信号源および信号分析用のベクトルネットワークアナライザで構成され；測定対象となる引火性液体の透明なボトルが充填された後、載置台に置かれ、信号源がアンテナＢを通じて放射された超広帯域センチメータ級信号は物体に当たった後で反射されてエコー信号と透過信号を生成し、透過信号がアンテナＡで受信され、信号源とアンテナＡをベクトルネットワークアナライザに接続し、ベクトルネットワークアナライザによって散乱パラメータを分析し；空気を測定する場合、透明なボトルに液体を入れず、測定されたパラメータは空気の散乱パラメータであり；
前記ステップＳ２は、以下のステップを含む、すなわち、
Ｓ２０１：収集された検出信号X1をクリーニングして、クリーニング後のデータSsaを得るステップ、
Ｓ２０２．クリーニング後のデータSsaを前処理して、信号Ｘ２を得るステップ。
【００１７】
さらに、前記ステップＳ２０１は、以下のステップを含む、すなわち、
本出願の実施例において、実際のデータ図は、図３に示す通りであり；
データバンド欠落処理：画像編集ソフトウェアを使用してパッチを手動で消去してから、ＯＣＲ技術を実行して欠落バンドデータのクリーニングを実現し；
データ重複処理：重複データを削除して重複データのクリーニングを実現；前記データ重複とは、任意の周波数点で複数のデータが表示される現象を意味し；
データ難読化処理：信号における任意の周波数点での値がすべて負の数であるかどうかを識別し、それらがすべて負の数である場合、前記信号を保持し；それらがすべて負の数でない場合、信号を破棄して、ステップＳ１に戻って信号検出を再実行する。
【００１８】
さらに、前記ステップＳ２０２は、以下のステップを含む、すなわち、
（１）クリーニングした後のデータSsaをスケルチする
【数１４】
0006934693.tif 000015
式中、S1は、スケルチで得られたデータであり、Semは空気の散乱パラメータであり；
本出願の実施例において、異なる液体サンプルのスケルチ前後の平均二乗誤差を比較したところ、比較結果を下表に示す、
【表１】
0006934693.tif 000016
（２）スケルチで得られたデータS1へデータの充填を行う
信号収集システムの走査バンド間隔の不均一性および信号長の不一致を考慮して、充填操作でデータを処理し、信号データの走査間隔を０．０１２５ＧＨｚに固定して信号Ｘ２を得る。充填操作過程で、ダウンサンプリング法を用いて、固定間隔よりも小さい信号データを抽出し、３次補間法を用いて、固定間隔よりも大きい信号データを統一した。
【００１９】
前記ステップＳ４は、以下のサブステップを含む、すなわち、
Ｓ４０１：低ランクスパース分解に基づいて前処理して得られた信号Xに対して信号成分を分解するステップ
低ランクスパース分解過程で、測定対象となる引火性液体の検出信号Ｘは、各々が低ランク行列Ｌ、スパース行列Ｓおよびノイズ行列Ｎの３つの部分で構成されていると考えられ；低ランク行列Ｌは、信号内の純粋な液体情報、すなわち、バックグラウンド液体信号を表し；スパース行列Ｓは、異常な情報を表し；本出願の実施例において、信号の分解図を図４に示し；
これにより前処理された後の測定対象となる引火性液体の検出信号は、次式で表される、
【数１５】
0006934693.tif 000017
検出信号のノイズ除去問題を次式のような問題に変換する、
【数１６】
0006934693.tif 000018
Ｓ４０２：反復の初期パラメータを設定するステップ
初期パラメータr，k，∈，qを設定し、制約条件rank（L）≦r,card(S)≦kを与え、rank（L）はＬのランクを表し、card(S)はＳの基数を表し；初期の零行列L0,S0を設定し、ｔ＝０を初期化し；
Ｓ４０３：オリジナル信号行列内の液体関連情報部分、すなわち低ランク部分Ｌを得るステップ
（１）ｔを更新させ、更新後のｔは更新前のｔ＋１に等しく、すなわち、t=t+1にさせる、
0006934693.tif 000019
式中、Lt、Stは、ｔ回目の反復過程中の低ランク行列およびスパース行列を表し；
（３）中間パラメータY1、A2を計算する、
【数１８】
0006934693.tif 000020
式中、ｎ×ｒ列のランダムデータ行列；
（４）中間パラメータY2を計算する、
【数１９】
0006934693.tif 000021
ＱＲ分解法でY2のＱＲ分解を行って次式で表されるものを得る、
【数２０】
0006934693.tif 000022
式中、Q2は、Y2のＱＲ分解によって得られた正規直交行列を表し、R2はY2のＱＲ分解によって得られた上三角行列を表し；
（５）中間パラメータY1を更新させ、更新後のY1は、次式で表される、
【数２１】
0006934693.tif 000023
ＱＲ分解法で更新されたY1のＱＲ分解を行って次式で表されるものを得る、
【数２２】
0006934693.tif 000024
式中、Q1は、Y1のＱＲ分解によって得られた正規直交行列を表し、R1はY1のＱＲ分解によって得られた上三角行列を表し；
（６）次式を満たしているかどうかを判断する、
【数２３】
0006934693.tif 000025
満たしていた場合、ｒを次のように更新する、
【数２４】
0006934693.tif 000026
満たしていない場合、ｒを変更しないでそのままにし；
（７）Lt、Stを計算する、
【数２５】
0006934693.tif 000027
Ωは、行列｜Ｘ−Lt｜のｋ個前の最大要素のインデックスセットであり、PΩ（）は行列に対するインデックスセットΩのサンプリング射影を表し；  
（８）次式を満たしているかどうかを判断する、
【数２６】
0006934693.tif 000028
満たしていた場合、行列Ｘを更新し、更新後の行列Ｘは、Ltに等しく、すなわち、X=Ltにさせてからステップ（１）に戻り、反復を続行し；
満たしていない場合、反復を終了し、最終の低ランク行列Ｌ＝Ltを出力する。
【００２０】
つまり、Ｓ／Ｎ比が設定誤差∈よりも大きい場合、Ｙ１とＹ２を再構築し、収束条件が満たされるまで、新しい低ランク、スパース部分に基づいて判断する。低ランク部分には信号の基本特性が含まれているが、スパース部分は主に一部の異常情報を表し、安定した信号特徴として表現することはできないため、安定した信号の特徴として表現することはできないため、低ランク部分を選択してその後の液体信号分類の研究を行った。
【産業上の利用可能性】
【００２１】
上記をまとめると、本発明は、検出信号をクリーニングおよび前処理した後、低ランクスパース分解に基づいて信号の分解とノイズを除去することで、引火性液体の検出確度を向上させるのに役立つ。。
【００２２】
上記の説明は、本発明の好ましい実施例を描写したが、上記のように、本発明は、本明細書に開示される形態に限定されず、他の実施例を排除すると見なされるべきではなく、多種多様な組み合わせ、修正および環境に使用されることができ、本明細書に記載の本発明の技術的思想の範囲内で上述の教示または関連分野における技術または知識によって変更することができることに理解されたい。当業者によって行われた変更および変化は、本発明の精神および範囲から逸脱しない場合、本発明の添付の特許請求の範囲の保護範囲内に含まれるべきである。
【要約】
【課題】  低ランクスパース分解に基づく引火性液体検出信号のノイズ除去方法を提供することを課題とする。
【解決手段】  本発明は、低ランクスパース分解に基づく引火性液体検出信号のノイズ除去方法を開示し、前記方法は以下のステップＳ１〜Ｓ４を含む。すなわち、Ｓ１：測定対象となる引火性液体の検出信号X１を収集するステップ、Ｓ２：検出信号X１をクリーニングおよび前処理して信号Ｘ２を得るステップ、Ｓ３：ステップＳ１〜Ｓ２をｎ回繰り返し、毎回得られたベクトルを列として、最後に１つのｍ×ｎ行列Ｘを得るステップ、Ｓ４：低ランクスパース分解に基づいて、得られた信号Xについて信号成分の分解およびノイズを除去して、ノイズ除去後の信号Ｌを得るステップである。本発明によって提供される引火性液体検出信号のノイズ除去方法は、検出信号をクリーニングと前処理した後、低ランクスパース分解に基づいて、信号の分解およびノイズ除去を行い、引火性液体の検出確度の向上に役立つ。
【選択図】  図１【図１】
0006934693.tif 000042
【図２】
0006934693.tif 000043
【図３】
0006934693.tif 000044
【図４】
0006934693.tif 000045