JP2023534957A - コンフォーマルスペクトルライブラリ訓練システムと方法 - Google Patents

コンフォーマルスペクトルライブラリ訓練システムと方法 Download PDF

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Abstract

【要約】本願開示のコンフォーマルスペクトルライブラリ訓練法（ＣＳＬＴＭ）は、光学フィルターの電圧のセットを直接計算によって計算することを可能にする。方法、光学装置、およびソフトウェアが開示される。【選択図】 図１

Description

（関連出願の相互参照）
本出願は、２０２０年７月１７日に出願された米国仮出願第６３／０５３，２７３号に対する優先権を主張し、その全体がここで参照することにより本明細書に組み込まれる。
分析物または分析物のセットを含むサンプルを評価する光学システムでは、二重偏光コンフォーマルフィルター（ＤＰＣＦ）を使用することができる。そのような構成では、光源は、１つまたは複数の分析物を含む物質の塊と相互作用する光源光子を放出する。この相互作用の結果として、光子がサンプル材料から放出される。放出された光子は、サンプルおよび構成物と相互作用したため、相互作用した光子と呼ばれる。
二重偏光コンフォーマルフィルター（ＤＰＣＦ）は、相互作用した光子を収集する。動作中、ＤＰＣＦｄは、Ｔ１、Ｔ２などで示される２つ以上の個別の調整状態の電圧を選択する必要がある。各調整状態で、ＤＰＣＦのいくつかのステージのそれぞれに電圧が印加される。ＤＰＣＦ の各ステージに印加される電圧は、ＤＰＣＦのそれらのステージ内の液晶の配列を変更し、それによってＤＰＣＦを「調整」し、その特定のステージを透過できる光の偏光を変更する。偏光子や複屈折材料などのＤＰＣＦの他の光学要素と組み合わせて使用すると、相互作用する光子の正確なフィルタリングと変換が実現される。フィルタリングされた相互作用光子は、少なくとも１つの検出器によって収集され、検出器からの情報出力を使用して画像を生成可能である。
個別の調整状態の電圧を計算するために使用された従来の方法では、分析のシーンに、（１）目的の分析対象物質である「標的」と（２）「背景」の両方が含まれている必要があった。背景には、標的が存在する表面が含まれ、特定の状況では、他の物質である混同物も含まれる場合がある。このような従来の方法では、ＤＰＣＦと検出器は、複数のデータセットを収集し、背景と関連する混同物から標的を識別するために必要な電圧状態を計算する。このようなデータセットは、標的、混同物、および背景に関するスペクトル情報を提供する可能性のある電圧範囲全体にわたって収集される。
これらの方法は正確であるが、シーン内の標的、混同物、および背景に関するスペクトル情報を提供する可能性がある全電圧範囲にわたるスペクトル情報を収集することは、時間がかかり、過剰な量の、多くの場合サンプル間で重複した処理する必要があるスペクトル情報を生じる。さらに、このような方法では、計算を成功させるために、収集された画像に標的と背景の混同物の両方が存在することが必要になることがよくある。
従来の方法の欠点を回避する、画像内の背景から標的を識別するために必要な電圧状態を直接計算するための改善された方法が必要である。改善された方法では、最適化プロセスではなく、調整状態での電圧の計算を直接実行することもできる。このような計算は、混同物などの物質の存在に関するオペレーターの知識がなくても実行可能となる。
本開示のコンフォーマルスペクトルライブラリ訓練方法（ＣＳＬＴＭ）は、光学フィルタの電圧のセットを直接計算によって計算することを可能にする。
実施形態１： シーンのシーンプロファイルのための電圧値Ｔ１およびＴ２を決定する方法であって、
光学フィルターを特徴付け、光学フィルターデータベースを形成する工程と、
前記シーンの前記シーンプロファイルを特徴付け、シーンプロファイルのデータベースを形成する工程と、
少なくとも１つの標的のスペクトルプロファイルを光学フィルターデータベースのスペクトルプロファイルと融合する工程であって、
前記標的のスペクトルプロファイルと前記光学フィルターデータベースのスペクトルプロファイルを切り捨て、ゼロオフセット、およびベクトル正規化する工程と、
余弦相関分析（ＣＣＡ）により、前記標的の各スペクトルプロファイルを各光学フィルター データベーススペクトルプロファイルと比較して、標的ＣＣＡ値の配列を出力する工程と、
前記配列内の各標的ＣＣＡ値を０から１の値にスケールする工程と、
各スケールされた標的ＣＣＡ値から標的融合スコアを生成する工程と、を有する融合する工程と、
少なくとも１つの混同物のスペクトルプロファイルを光学フィルターデータベースのスペクトルプロファイルと融合する工程であって、
少なくとも１つの混同物のスペクトルプロファイルと前記光学フィルターデータベースのスペクトルプロファイルを切り捨て、ゼロオフセット、およびベクトル正規化をする工程と、
ＣＣＡによって、少なくとも１つの混同物の各スペクトルプロファイルを各光学フィルターデータベースのスペクトルプロファイルと比較して、混同物ＣＣＡ値の配列を出力する工程と、
前記配列内の各混同物ＣＣＡ値を０から１の値にスケールする工程と、
各スケールされた混同物ＣＣＡ値から混同物融合スコアを生成する工程と、を有する融合する工程と、
前記シーンプロファイル用の前記光学フィルターに適用するためのＴ１およびＴ２を決定する工程であって、
各スケールされた標的ＣＣＡスコアと各スケールされた混同物ＣＣＡスコアの間の絶対差である差分メトリックスコアを計算する工程と、
差分メトリックスコアの値の最高１０％に対応する電圧Ｔ１およびＴ２を選択する工程を含む、決定する工程と、を有する決定する工程と、
電圧値Ｔ１およびＴ２を、コンピュータ可読媒体内の値の１つまたは複数として、または少なくとも１つの光学フィルターに印加される電圧として出力する工程と、
を有する方法。
実施形態２： 実施形態１記載の方法において、
Ｔ１およびＴ２ならびに少なくとも１つの基底ベクトルに基づいて完全な超立方体を計算する工程をさらに有するものである、方法。
実施形態３： 実施形態１記載の方法において、
前記光学フィルターを特徴付け、光学フィルターデータベースを形成する工程は、
第１の一連の電圧を前記光学フィルターの第１の液晶ステージに印加する工程であって、前記第１の一連の電圧は、前記光学フィルターの第１の液晶ステージからの光学的応答を引き起こす２つ以上の異なる電圧を含む、印加する工程と、
第２の一連の電圧を前記光学フィルターの第２の液晶ステージに印加する工程であって、前記第２の一連の電圧は、前記光学フィルターの第２の液晶ステージからの光学的応答を引き起こす２つ以上の異なる電圧を含む、印加する工程と、
前記第１の一連の電圧および前記第２の一連の電圧の印加と少なくとも重複する時間において、光の波長の予め選択された範囲内で前記光フィルタを通る前記光の光透過率を決定する工程と、
前記第１の一連の電圧、前記第２の一連の電圧、ならびに前記第１の一連の電圧および前記第２の一連の電圧の印加に対応する前記光学フィルターを通る光の光透過率を含むデータベースエントリをコンピュータ可読媒体に記録する工程であって、各データベースエントリは、前記光学フィルターのスペクトルプロファイルである、記録する工程と、
前記光学フィルターの各スペクトルプロファイルを前記光学フィルターの他のスペクトルプロファイルのそれぞれと比較して、互いに最も類似しないスペクトルプロファイルを決定する工程と、
互いに最も類似しないスペクトルプロファイルを直交データベース対として指定して、光学フィルターデータベースを形成する工程と、
を有するものである、方法。
実施形態４： 実施形態１記載の方法において、
前記シーンのシーンプロファイルを特徴付け、前記シーンプロファイルのデータベースを形成する工程は、
前記シーンに存在する背景のスペクトルプロファイルを生成する工程と、
コンピュータ可読媒体に、前記シーンに存在する前記背景のスペクトルプロファイルを記録する工程と、
前記シーンに存在する少なくとも１つの標的のスペクトルプロファイルを生成する工程と、
前記シーン内に存在する前記少なくとも１つの標的のスペクトルプロファイルをコンピュータ可読媒体に記録する工程と、
前記少なくとも１つの標的のスペクトルプロファイルを前記背景のスペクトルプロファイルと比較する工程と、
コンピュータ可読媒体のシーンプロファイルのデータベースに、重複する標的と背景のスペクトルプロファイルのみを記録する工程と、
を有する、方法。
実施形態５： 光学フィルターを特徴付け、光学フィルターデータベースを形成する方法であって、
第１の一連の電圧を前記光学フィルターの第１の液晶ステージに印加する工程であって、前記第１の一連の電圧は、前記光学フィルターの前記第１の液晶ステージからの光学的応答を引き起こす２つ以上の異なる電圧を含む、印加する工程と、
第２の一連の電圧を前記光学フィルターの第２の液晶ステージに印加する工程であって、前記第２の一連の電圧は、前記光学フィルターの前記第２の液晶ステージからの光学的応答を引き起こす２つ以上の異なる電圧を含む、印加する工程と、
前記第１の一連の電圧および前記第２の一連の電圧の印加と少なくとも重複する時間において、光の波長の予め選択された範囲内で前記光フィルタを通る前記光の光透過率を決定する工程と、
前記第１の一連の電圧、前記第２の一連の電圧、ならびに前記第１の一連の電圧および前記第２の一連の電圧の印加に対応する前記光学フィルターを通る光の光透過率を含むデータベースエントリをコンピュータ可読媒体に記録する工程であって、各データベースエントリは、前記光学フィルターのスペクトルプロファイルである、記録する工程と、
前記光学フィルターの各スペクトルプロファイルを前記光学フィルターの他のスペクトルプロファイルのそれぞれと比較して、互いに最も類似しないスペクトルプロファイルを決定する工程と、
互いに最も類似しないスペクトルプロファイルを直交データベース対として指定して、光学フィルターデータベースを形成する工程と、
を有する、方法。
実施形態６： 実施形態５記載の方法において、前記光学フィルターの各スペクトルプロファイルを前記光学フィルターの他のスペクトルプロファイルのそれぞれと比較する工程は、余弦相関分析（ＣＣＡ）によって実行されるものである、方法。
実施形態７： シーンのシーンプロファイルを特徴付け、シーンプロファイルのデータベースを形成する方法であって、
前記シーンに存在する背景のスペクトルプロファイルを生成する工程と、
前記シーンに存在する前記背景のスペクトルプロファイルをコンピュータ可読媒体に記録する工程と、
前記シーンに存在する少なくとも１つの標的のスペクトルプロファイルを生成する工程と、
前記シーン内に存在する前記少なくとも１つの標的のスペクトルプロファイルをコンピュータ可読媒体に記録する工程と、
前記少なくとも１つの標的のスペクトルプロファイルを前記背景のスペクトルプロファイルと比較する工程と、
コンピュータ可読媒体のシーンプロファイルのデータベースに、重複する標的と背景のスペクトルプロファイルのみを記録する工程と、
を有する、方法。
実施形態８： 実施形態７記載の方法において、前記シーンは、少なくとも１つの混同物をさらに含むものである、方法。
実施形態９： 実施形態８記載の方法において、
前記少なくとも１つの混同物のスペクトルプロファイルを生成する工程と、
少なくとも１つの混同物のスペクトルプロファイルを前記背景のスペクトルプロファイルと比較する工程と、
コンピュータ可読媒体のシーンプロファイルのデータベースに、重複する混同物と背景のスペクトルプロファイルのみを記録する工程と、
をさらに有するものである、方法。
実施形態１０： 実施形態７記載の方法において、
比較する各工程は、余弦相関分析（ＣＣＡ）によって実行されるものである、方法。
実施形態１１： 光学分析装置であって、
そこに格納されたプログラムされた命令を含むメモリと、前記格納されたプログラムされた命令を実行するように構成された１以上のプロセッサーと、を有し、
シーンに存在する背景のスペクトルプロファイルを生成する工程と、
コンピュータ可読媒体に、前記シーンに存在する前記背景のスペクトルプロファイルを記録する工程と、
前記シーンに存在する少なくとも１つの標的のスペクトルプロファイルを生成する工程と、
前記少なくとも１つの標的の各スペクトルプロファイルと前記背景のスペクトルプロファイルを比較する工程と、
コンピュータ可読媒体のシーンプロファイルのデータベースに、重複する標的と背景のスペクトルプロファイルのみを記録する工程と、
を行うものである、光学分析装置。
実施形態１２： 実施形態１１記載の光学分析装置であって、前記装置は、さらに
前記シーンに存在する少なくとも１つの混同物のスペクトルプロファイルを生成し、
少なくとも１つの混同物のスペクトルプロファイルを前記背景のスペクトルプロファイルと比較し、
コンピューター可読媒体のシーンプロファイルのデータベースに、重複する混同物と背景のスペクトルプロファイルのみを記録するものである、光学分析装置。
実施形態１３： 実施形態１１記載の光学分析装置において、
比較する各工程は、余弦相関分析（ＣＣＡ）によって実行されるものである、方法。
実施形態１４： 光学分析装置であって、動作中に、
光学フィルターを特徴付け、光学フィルターデータベースを形成する工程と、
シーンのシーンプロファイルを特徴付け、シーンプロファイルのデータベースを形成する工程と、
標的のスペクトルプロファイルを前記光学フィルターデータベースのスペクトルプロファイルと融合する工程であって、
前記標的のスペクトルプロファイルと前記光学フィルターデータベーススペクトルプロファイルを切り捨て、ゼロオフセット、およびベクトル正規化する工程と、
余弦相関分析（ＣＣＡ）により、各標的のスペクトルプロファイルを各光学フィルター データベーススペクトルプロファイルと比較して、標的ＣＣＡ値の配列を出力する工程と、
前記配列内の各標的ＣＣＡ値を０から１の値にスケールする工程と、
各スケールされた標的ＣＣＡ値から標的融合スコアを生成する工程と、を有する融合する工程と、
前記混同物スペクトルプロファイルを前記光学フィルターデータベースのスペクトルプロファイルと融合する工程であって、
前記混同物スペクトルプロファイルと前記光学フィルターデータベースのスペクトルプロファイルを切り捨て、ゼロオフセット、およびベクトル正規化する工程と、
ＣＣＡによって各混同物スペクトルプロファイルを各光フィルタデータベースのスペクトルプロファイルと比較して、混同物ＣＣＡ値の配列を出力する工程と、
前記配列内の各混同物ＣＣＡ値を０から１の値にスケールする工程と、
各スケールされた混同物ＣＣＡ値から混同物融合スコアを生成する工程と、とを有する融合する工程と、
前記シーンプロファイルように前記光学フィルターに印可するためのＴ１とＴ２を決定する工程であって、
各スケールされた標的ＣＣＡスコアと各スケールされた混同物ＣＣＡスコアの間の絶対差である差分メトリックスコアを計算する工程と、
前記差分メトリックスコアの値の最高１０％に対応する電圧Ｔ１およびＴ２を選択する工程と、
電圧値Ｔ１およびＴ２を、コンピュータ可読媒体内の値のうちの１つまたは複数として、または少なくとも１つの光学フィルターに印加される電圧として出力する工程と、を有する決定する工程と、
を行う、光学分析装置。
実施形態１５： 実施形態１４記載の光学分析装置に置いて、Ｔ１およびＴ２、ならびに少なくとも任意の基底ベクトルに基づいて完全な超立方体をさらに計算するものである、光学分析装置。
実施形態１６： 光学フィルターを特徴付け、光学フィルターデータベースを形成するための命令を格納した非一時的機械可読媒体であって、実行可能コードを含み、１つまたは複数のプロセッサによって実行されると、前記プロセッサに、
前記光学フィルターの第１の液晶ステージに第１の一連の電圧を印加する工程であって、前記第１の一連の電圧は、前記光学フィルターの前記第１の液晶ステージから光学的応答を引き起こす２つ以上の異なる電圧を含む、印加する工程と、
第２の一連の電圧を前記光学フィルターの第２の液晶ステージに印加する工程であって、前記第２の一連の電圧は、前記光学フィルターの第２の液晶ステージから光学的応答を引き起こす２つ以上の異なる電圧を含む、印加する工程と、
前記第１の一連の電圧および前記第２の一連の電圧の印加と少なくとも重複する時間において、光の波長の予め選択された範囲内で前記光フィルタを通る光の光透過率を決定する工程と、
前記第１の一連の電圧、前記第２の一連の電圧、ならびに前記第１の一連の電圧および前記第２の一連の電圧の印加に対応する前記光学フィルターを通る光の光透過率を含むデータベースエントリをコンピュータ可読媒体に記録する工程であって、各データベースエントリは、前記光学フィルターのスペクトルプロファイルである、記録する工程と、
前記光学フィルターの各スペクトルプロファイルを前記光学フィルターの他のスペクトルプロファイルのそれぞれと比較して、互いに最も類似しないスペクトルプロファイルを決定する工程と、
互いに最も類似しないスペクトルプロファイルを直交データベースの対として指定して、光学フィルターデータベースを形成する工程と、
を行わせるものである、非一時的機械可読媒体。
実施形態１７： 実施形態１６記載の非一時的機械可読媒体において、
前記光学フィルターの各スペクトルプロファイルを前記光学フィルターの他のスペクトルプロファイルのそれぞれと比較する工程は、余弦相関分析（ＣＣＡ）によって実行されるものである、非一時的機械可読媒体。
実施形態１８： シーンのシーンプロファイルを特徴付け、シーンプロファイルのデータベースを形成するための命令を格納した非一時的な機械可読媒体であって、実行可能コードを含み、１つまたは複数のプロセッサによって実行されると、前記プロセッサに
前記シーンに存在する背景のスペクトルプロファイルを決定する工程と、
コンピュータ可読媒体に、前記シーンに存在する背景のスペクトルプロファイルを記録する工程と、
前記シーンに存在する少なくとも１つの標的のスペクトルプロファイルを決定する工程と、
前記少なくとも１つの標的の各スペクトルプロファイルと前記背景のスペクトルプロファイルを比較する工程と、
コンピュータ可読媒体中のシーンプロファイルのデータベースに、重複する標的と背景のスペクトルプロファイルのみを記録する工程と、
を行わせるものである、非一時的機械可読媒体。
実施形態１９： 実施形態１８記載の非一時的機械可読媒体において、
前記シーンは、少なくとも１つの混同物をさらに含むものである、非一時的機械可読媒体。
実施形態２０： 実施形態１９記載の非一時的機械可読媒体において、
前記命令はさらに前記プロセッサーに
前記少なくとも１つの混同物のスペクトルプロファイルを生成する工程と、
少なくとも１つの混同物のスペクトルプロファイルを前記背景のスペクトルプロファイルと比較する工程と、
コンピュータ可読媒体のシーンプロファイルのデータベースに、重複する混同物と背景のスペクトルプロファイルのみを記録する工程と、
を行わせるものである、非一時的機械可読媒体。
実施形態２１： 実施形態１８記載の非一時的機械可読媒体において、
比較する各工程は、余弦相関分析（ＣＣＡ）によって実行されるものである、非一時的機械可読媒体。
実施形態２２： シーンのシーンプロファイル用の電圧値Ｔ１およびＴ２を決定するための命令が格納された非一時的な機械可読媒体であって、実行可能コードを含み、１つまたは複数のプロセッサによって実行されると、プロセッサに、
光学フィルターを特徴付け、光学フィルターデータベースを形成する工程と、
シーンのシーンプロファイルを特徴付け、シーンプロファイルを形成する工程と、
標的のスペクトルプロファイルを前記光学フィルターデータベースのスペクトルプロファイルと融合する工程であって、
前記標的のスペクトルプロファイルと前記光学フィルターデータベースのスペクトルプロファイルを切り捨て、ゼロオフセット、およびベクトル正規化する工程と、
余弦相関分析（ＣＣＡ）により、各標的のスペクトルプロファイルを各光学フィルター データベーススペクトルプロファイルと比較して、標的ＣＣＡ値の配列を出力する工程と、
前記配列内の各標的ＣＣＡ値を０から１の値にスケールする工程と、
各スケールされた標的ＣＣＡ値から標的融合スコアを生成する工程と、を有する融合する工程と、
前記混同物スペクトルプロファイルを前記光学フィルターデータベースのスペクトルプロファイルと融合する工程であって、
前記混同物スペクトルプロファイルと前記光学フィルターデータベースのスペクトルプロファイルを切り捨て、ゼロオフセット、およびベクトル正規化する工程と、
ＣＣＡによって各混同物スペクトルプロファイルを各光フィルタデータベースのスペクトルプロファイルと比較して、混同物ＣＣＡ値の配列を出力する工程と、
前記配列内の各混同物ＣＣＡ値を０から１の値にスケールする工程と、
各スケールされた混同物ＣＣＡ値から混同物融合スコアを生成する工程と、を有する融合する工程と、
前記シーンプロファイル用に前記光学フィルターに印可するためのＴ１とＴ２を決定する工程であって、
各スケールされた標的ＣＣＡスコアと各スケールされた混同物ＣＣＡスコアの間の絶対差である差分メトリックスコアを計算する工程と、
前記差分メトリックスコアの値の最高１０％に対応する電圧Ｔ１およびＴ２を選択する工程と、を有する決定する工程と、
電圧値Ｔ１およびＴ２を、コンピュータ可読媒体内の値のうちの１つまたは複数として、または少なくとも１つの光学フィルターに印加される電圧として出力する工程と、
を含む、決定する工程と、
を行わせるものである、非一時的機械可読媒体。
実施形態２３： 実施形態２２記載の非一時的機械可読媒体において、
前記実行可能コードは、１つまたは複数のプロセッサによって実行されると、前記プロセッサに、Ｔ１およびＴ２ならびに少なくとも１つの基底ベクトルに基づいて完全な超立方体を計算させる命令をさらに含むものである、非一時的機械可読媒体。
本明細書に記載される実施形態の態様、特徴、利点、および利点は、以下の説明、添付の特許請求の範囲、および添付の図面に関して明らかになるであろう。
図１は、本開示の一実施形態による方法を示すブロック図である。 図２は、本開示の一実施形態による、固有の電圧状態および重複スペクトルプロファイルの再発の画像である。 図３は、本開示の一実施形態によるシーンの例を示す。 図４Ａは、硝酸アンモニウムの吸収スペクトルプロファイルを示す。図４Ｂは、尿素の吸収スペクトルプロファイルを示す。図４Ｃは、紙の吸収スペクトルプロファイルを示す。図４Ｄは、植物の吸収スペクトルプロファイルを示す。 図４Ｅは、乾式壁（石膏ウォールボード）の吸収スペクトルプロファイルを示す。図４Ｆは、砂（シリカ）の吸収スペクトルプロファイルを示す。図４Ｇは、白色塗装パネルの吸収スペクトルプロファイルを示しています。図４Ｈは、赤色塗装パネルの吸収スペクトルプロファイルを示しています。 図５Ａおよび図５Ｂは、図４のシーンに基づくコンフォーマル画像を示す。 図６Ａは、図５Ａの電圧Ｔ１に対応する電圧状態のプロットを示す。図６Ｂは、図５Ｂの電圧Ｔ２に対応する電圧状態のプロットを示す。 図７は、一実施形態による（Ｔ２－Ｔ１）／（Ｔ２＋Ｔ１）の計算からのスコア画像を示す。図８Ａは、一実施形態による標的の関心領域を示す。図８Ｂは、一実施形態による背景の関心領域を示す。 図９Ａ～９Ｆは、様々な実施形態によるスコア画像を示す図である。 図９Ａ～９Ｆは、様々な実施形態によるスコア画像を示す図である。 図１０Ａは、第１の実施形態による装置を示す。 図１０Ｂは、第２の実施形態による装置を示す。 図１１Ａは、一実施形態による、補正を伴うスケールされたスコア画像を示す。図１１Ｂは、一実施形態による、補正なしのスケールされたスコア画像を示す。図１１Ｃは、一実施形態による、スケールされたスコア画像を示す。図１１Ｄは、一実施形態による、スケールされたスコア画像を示す。
本開示は、記載された特定のシステム、装置、および方法に限定されず、これらは変化し得る。説明で使用される用語は、特定のバージョンまたは実施形態のみを説明することを目的としており、範囲を限定することを意図したものではない。
本文書で使用される単数形「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、文脈上明確に異なる明示がない限り、複数の場合を含む。別段の定義がない限り、本明細書で使用されるすべての技術用語および科学用語は、当業者によって一般的に理解されるものと同じ意味を有する。本開示のいかなる内容も、この開示に記載された実施形態は、先行発明のおかげで、そのような開示に先行する資格はないと認めるものと解釈されるべきではない。本明細書で使用されている「含む」という用語は、「含むが、これに限定されない」ことを意味する。
本明細書で使用される場合、「標的」は、ＣＳＬＴＭによって、またはＣＳＬＴＭを使用する任意のシステムもしくは装置によって識別されることが望まれる材料を意味する。標的の例は限定されず、爆発性化合物、医薬品化合物、および密輸品を含む。標的は背景上に存在し、１つまたは複数の混同物を伴うか、または関連している可能性がある。
本明細書で使用される場合、「混同物」は、背景に存在するか、背景に関連するか、または埋め込まれているが、標的ではない任意の物質を意味する。混同物の例には、植生、汚れ、あか、油、およびほこりが含まれるが、これらに限定されない。
本明細書で使用される場合、「背景」は、１つまたは複数の標的および任意に１つまたは複数の混同物が上にある、またこれに関連する、またはこれに埋め込まれている表面または基板を意味する。
本明細書で使用される場合、「スペクトルプロファイル」は、光の各波長で測定された、背景、標的、または混同物から反射される光の定量化された強度を意味する。測定波長の数および範囲は限定されない。
本明細書で使用される場合、「シーン」は、背景、混同物、および標的のそれぞれの１つまたは複数を含む物質の全体的なかたまりを意味する。
図１を参照すると、ブロック図で、コンフォーマルスペクトルライブラリ訓練方法１０が説明される。この方法は、一意のコンフォーマルデータベーススペクトルの生成１１を含む。一意のコンフォーマルデータベーススペクトルは、コンフォーマルフィルタのスペクトルスループットを分析しながら、特定のコンフォーマルフィルタを特定の電圧間隔で所定の電圧範囲にさらすことによって生成可能である１１。例えば、一実施形態では、コンフォーマルフィルタは、約０．０１Ｖのステップサイズで、約１．６Ｖから約４．６Ｖの間の範囲の電圧にさらされる。これにより、ＤＰＣＦにおいて２つのフィルタステージのそれぞれについて合計約３０１個の離散電圧サンプルが得られる。各印加電圧において、各印加電圧でコンフォーマルフィルタを透過する光の輝度を測定して、光の振幅対光の波長のスペクトルプロファイルを形成する。上述の実施形態では、９０，６０１（すなわち、３０１×３０１）のスペクトルプロファイルが電圧サンプルから得られる。当業者は、範囲およびステップサイズは限定されず、所望の範囲の光波長およびデータベースの分解能に応じて変更できることを理解するであろう。
各スペクトルプロファイルは、余弦相関分析（ＣＣＡ）によって他の各スペクトルプロファイルと比較することが可能である。上記の例を再度参照すると、最小ＣＣＡしきい値が０．９９に設定されている場合、９０，６０１のスペクトルプロファイルのＣＣＡにより、スペクトルプロファイルの ２，１１８（２．３４％）のみが一意であることが明らかになった。図２は、一意の電圧状態の画像を表し、一意のスペクトルプロファイルは「０」で表され、重複するスペクトルプロファイルは、重複としてタグ付けされた回数のカウントで表される。図２に示すように、「０」の値は黒の色を有し、この例では重複の最大数を表す「４１」の値は黄色を有する。一意のコンフォーマルデータベーススペクトルプロファイルを識別することにより、ＣＳＬＴＭで行われるスペクトルプロファイル比較の数を大幅に減らすことができる。ブロック１１によって表される操作は、特定のコンフォーマルフィルタに対してＣＳＬＴＭ１０によって一度だけ実行される。
さらに、図１のＣＳＬＴＭ１０は、ブロック１４で直交データベースの対を決定する。直交データベース対を決定するとき１４、ブロック１１で識別された各一意のデータベーススペクトルプロファイルは、ＣＣＡを介して他の各データベーススペクトルプロファイルと比較される。最も異なるプロファイルであるスペクトルプロファイルの対は、直交データベース対として指定される。ブロック１４は、特定のコンフォーマルフィルタに対してＣＳＬＴＭ１０によって一度だけ実行され、図１のブロック１２およびブロック１３のステップの前または後に適時に実行することができる。
再び図１を参照すると、ＣＳＬＴＭ１０は、ブロック１２で所定の標的スペクトルプロファイルを選択し、ブロック１３で、提示されたシーンおよび所望のシーンプロファイルに対応する所定の背景スペクトルプロファイルを選択する。提示されたシーンは分析されている表面または環境であり、シーンプロファイルはユーザーが検出したい物質である。
この例が図３に示されるが、これは、ユーザーが爆発物を識別しようとした屋外シーンをシミュレートするさまざまな素材の写真である。図３に示すように、シーンには、白い車のパネル、砂、アスファルト、赤い車のパネル、黒い車のパネル、植生、および紙が含まれているが、爆発物尿素（左端の透明なサンプルスライド）と硝酸アンモニウム（右端の透明なサンプル スライド）も含まれている。本明細書全体で説明するように、この特定のシーンおよびそれに対応するシーンプロファイルは、限定することを意図したものではなく、他のシーンおよび対応するシーンプロファイルは、さまざまな場所のさまざまな素材を識別するために考慮されている。
図４Ａ～４Ｈは、図３のシーンで見られる各化合物の吸収スペクトルプロファイルを示す。図４Ａは、硝酸アンモニウムのスペクトルプロファイルを示し、図４Ｂは、尿素のスペクトルプロファイルを示し、図４Ｃは、紙のスペクトルプロファイルを示し、図４Ｄは、植生のスペクトルプロファイルを示し、図４Ｅは、乾式壁（石膏ウォールボード）のスペクトルプロファイルを示し、図４Ｆは、砂（シリカ）のスペクトルプロファイルを示し、図４Ｇは、白色塗装パネルのスペクトルプロファイルを示し、図４Ｈは、赤く塗装されたパネルのスペクトルプロファイルを示す。爆発物の識別に関する上記の例では、硝酸アンモニウム（図４Ａ）および尿素（図４Ｂ）のみが標的物質として機能する。ＣＳＬＴＭ技術を実行する場合、背景物質と混同物のコンテキストでは、スペクトルが一意であり、標的のいずれかと大きく重複する混同物のみを分析する必要がある。さらに、スペクトルプロファイルにおいて複数の背景物質が実質的に重複する場合、そのような背景物質のうちの１つのみが分析可能である。例えば、紙と植生は、実質的に類似した標的スペクトルを有する。そのため、両方がシーンに存在する場合、紙と植生の一方のみの分析がＣＳＬＴＭで実行されてもよい。所与のシーンおよびシーンプロファイルについて、ＣＳＬＴＭ１０は、ブロック１２および１３のそれぞれを一度だけ実行する。
ＣＳＬＴＭ１０はまた、ルックアップアルゴリズム１５を含むことができる。ルックアップアルゴリズム１５は、ＤＰＣＦに印加される少なくとも１つの電圧Ｔ１および少なくとも１つの電圧Ｔ２を計算する。少なくとも１つの電圧Ｔ１および少なくとも１つの電圧Ｔ２は、オペレータによって特定のシーンに存在すると予測される所望の標的、背景物質、および混同物に対応する。いくつかの実施形態では、少なくとも１つの電圧Ｔ１および少なくとも１つの電圧Ｔ２はベクトル形式であり、図１ではＴ１／Ｔ２ベクトル１６として示されている。
本開示のＣＳＬＴＭ１０は、多くの異なる光学装置に適用可能である。このような光学装置の一例は、限定されないが、２０１５年１０月１３日にＰｒｉｏｒｅらに発行された米国特許第９，１５７，８００号によって提供され、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。一実施形態では、光学装置は単一の検出器を含む。図１０Ａでは、サンプル２３０は、照明源２５２によって照射および／または励起される。照射光子は、照明源２５２によって放出され、サンプル２３０と相互作用する。サンプル２３０は、背景、標的、または混同物の１つまたは複数を含む。照射光子で照射された結果、サンプルは相互作用した光子を放出し、これは光学要素２７２に入る。光学要素２７２は、ビームスプリッタ、ダイクロイックミラー、または光学ミラーのうちの１つまたは複数を含む。ビームスプリッタは、偏光ビームスプリッタまたは非偏光ビームスプリッタをさらに備えてもよい。
図１０Ａの特定の構成では、光学装置は、２つの別個のフィルタ、すなわち、第１のコンフォーマルフィルタ２４２ａおよび第２のコンフォーマルフィルタ２４２ｂを含む。相互作用した光子の第１の部分は、第１のコンフォーマルフィルタ２４２ａに向けられ、相互作用した光子の第２の部分は、第２のコンフォーマルフィルタ２４２ｂに向けられる。相互作用した光子のそれぞれの部分はフィルタリングされ、それにより、結果として得られるこれらのフィルタリングされた光子は、ミラー２７６ａおよび２７６ｂによって反射される。フィルター処理された光子には、ω１とω２として表される２つのスペクトルプロファイルを有する。スペクトルプロファイルω１とω２ は同じでも異なっていてもよい。第１のコンフォーマルフィルタ２４２ａおよび第２のコンフォーマルフィルタ２４２ｂのそれぞれは、コントローラ２８２によって独立して調整可能である。
図１０Ａの実施形態は、ミラー２７６ａおよび２７６ｂなどの１つまたは複数の反射器も含む。スペクトルプロファイルω１およびω２を有する光も、光学要素２７８によって結合される。光学要素２７８は限定されず、ビームコンバイナ、偏光キューブ、または偏光ビームスプリッタのうちの１つまたは複数を含み得る。例えば、スペクトルプロファイルω１およびω２を有する光を結合して、レンズアセンブリ２５０に入り、検出器２６０に向けることができる。
別の実施形態では、光学装置は、少なくとも２つの検出器を含み、これらは、第１の検出器２６０ａおよび第２の検出器２６０ｂとして図１０Ｂに示されている。図１０Ｂでは、サンプル２３０は、照明源２５２によって照明および／または励起される。照射光子は、照明源２５２によって放射され、サンプル２３０と相互作用する。サンプル２３０は、背景、標的、または混同物の１つまたは複数を含む。照射光子で照射された結果、サンプルは相互作用した光子を放出する。相互作用した光子は、光学要素２７２に入る。光学要素２７２は、ビームスプリッタ、ダイクロイックミラー、または光学ミラーのうちの１つまたは複数を含む。ビームスプリッタは、偏光ビームスプリッタまたは非偏光ビームスプリッタをさらに備えてもよい。
図１０Ｂの特定の構成では、光学装置は、２つの別個のフィルタ、すなわち第１のコンフォーマルフィルタ２４２ａおよび第２のコンフォーマルフィルタ２４２ｂを含む。相互作用した光子の第１の部分は、第１のコンフォーマルフィルタ２４２ａに向けられ、相互作用した光子の第２の部分は、第２のコンフォーマルフィルタ２４２ｂに向けられる。相互作用した光子のそれぞれの部分はフィルタリングされ、結果として得られるフィルタリングされた光子はミラー２７６ａおよび２７６ｂによって反射される。フィルター処理された光子には、ω１とω２として表される２つのスペクトルプロファイルを有する。スペクトルプロファイルω１とω２は同じでも異なっていてもよい。第１のコンフォーマルフィルタ２４２ａおよび第２のコンフォーマルフィルタ２４２ｂのそれぞれは、コントローラ２８２によって独立して調整可能である。スペクトルプロファイルω１を有するフィルタリングされた光は、第１のレンズアセンブリ２５０ａに入り、第１の検出器２６０ａに向けられる。スペクトルプロファイルω２を有するフィルタリングされた光は、第２のレンズアセンブリ２５０ｂに入り、第２の検出器２６０ｂに向けられる。
いくつかの実施形態では、照明源は、白熱灯、ハロゲンランプ、発光ダイオード（ＬＥＤ）、量子カスケードレーザー、量子ドットレーザー、外部キャビティレーザー、化学レーザー、固体レーザ、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）、エレクトロルミネセントデバイス、蛍光灯、ガス放電ランプ、メタルハライドランプ、キセノンアークランプ、誘導ランプ、またはそれらの任意の組み合わせを含むが、これらに限定されない。いくつかの実施形態では、照明源は調整可能な照明源であり、これは、照明源が単色であり、所望の波長範囲内にあるように選択できることを意味する。調整可能な照明光源の選択された波長範囲は制限されず、紫外（ＵＶ）、可視（ＶＩＳ）、近赤外（ＮＩＲ）、可視－近赤外（ＶＩＳ－ＮＩＲ）、短波赤外（ＳＷＩＲ）、拡張短波赤外（ｅＳＷＩＲ）、および近赤外線拡張短波赤外（ＮＩＲ－ｅＳＷＩＲ）範囲の内の任意の通過帯域にすることができる。これらの分類は、約１８０ｎｍから約３８０ｎｍ（ＵＶ）、約３８０ｎｍから約７２０ｎｍ（ＶＩＳ）、約４００ｎｍから約１１００ｎｍ（ＶＩＳ－ＮＩＲ）、約８５０ｎｍから約１８００ｎｍ（ＳＷＩＲ）、約１２００ｎｍから約２４５０ｎｍ（ｅＳＷＩＲ）、および約７２０ｎｍから約２５００ｎｍ（ＮＩＲ－ｅＳＷＩＲ）の波長に対応する。選択された波長範囲は、上に挙げた波長範囲の１つまたは複数の組み合わせに対応し得る。波長範囲のそのような組み合わせは、隣接する（連続する）範囲、重複する範囲、および重複しない範囲を含んでもよい。
図１０Ａの実施形態に戻ると、検出器２６０は、ＣＣＤ検出器またはＣＭＯＳ検出器の少なくとも１つを含むがこれらに限定されない１つまたは複数の検出器を備えることができる。いくつかの実施形態では、検出器２６０は、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、ヒ化インジウムガリウム（ＩｎＧａＡｓ）、ケイ化白金（ＰｔＳｉ）、テルル化水銀カドミウム（ＨｇＣｄＴｅ）、アンチモン化インジウム（ＩｎＳｂ）、および／またはコロイド量子ドット（ＣＱＤ）で作られた１つまたは複数の検出器を含むことができる。
いくつかの実施形態では、検出器２６０は、撮像可能な光の波長によって特徴付けられる。検出器２６０によって画像化できる光の波長は限定されないが、上記の波長範囲に対応する、紫外（ＵＶ）、可視（ＶＩＳ）、近赤外（ＮＩＲ）、可視－近赤外（ＶＩＳーＮＩＲ）、短波赤外（ＳＷＩＲ）、拡張短波赤外（ｅＳＷＩＲ）、および近赤外線拡張短波赤外（ＮＩＲ－ｅＳＷＩＲ）を含む。波長範囲の１つまたは複数を単独で、または任意の他の波長範囲と組み合わせて使用することができる。このような組み合わせには、隣接する（連続する）範囲、重複する範囲、および重複しない範囲が含まれてもよい。範囲の組み合わせは、各検出器が特定の範囲に敏感な複数の検出器を含めるか、またはカラーフィルターアレイを含めるなどして複数の波長範囲を感知できる検出器チップを含めることによって実現可能である。
いくつかの実施形態では、コンフォーマルスペクトルライブラリ訓練の方法は、１つまたは複数のプロセッサおよび少なくとも１つのメモリを含む光学装置内で、またはそれに関連して実行される。光学装置の１つまたは複数のプロセッサは、本明細書で説明および図示した任意の数の機能について、メモリに格納されたプログラムされた命令を実行することができる。光学装置の１つまたは複数のプロセッサは、１つまたは複数の処理コアを有する１つまたは複数のＣＰＵまたは汎用プロセッサを含むことができるが、他のタイプのプロセッサも使用することができる。
光学装置のメモリは、本明細書で説明および図示される本技術の１つまたは複数の態様に関するこれらのプログラムされた命令を格納するが、プログラムされた命令の一部またはすべてを他の場所に格納することもできる。さまざまな記憶装置のいずれかを使用することができる。例えば、メモリ記憶装置は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、ハードディスク、ソリッドステートドライブ、フラッシュメモリ、または任意の他の有形のコンピュータ可読媒体を含み得る。メモリ記憶装置は、磁気、光学、または他の読み書きシステムによって読み書きすることができる。メモリ記憶装置は、１つまたは複数のプロセッサに結合可能である。さらに別の実施形態では、メモリ記憶装置は光学装置とは別個のものであってもよい。いくつかの実施形態では、メモリ記憶装置は、本明細書に記載の方法を実行させるコンピュータプログラム製品の一部であってもよい。
したがって、光学装置のメモリ記憶装置は、１つまたは複数のプロセッサによって実行されると、本願で図１を参照して説明及び図示したアクションを光学装置に実行させる実行可能命令を含む１つまたは複数のアプリケーションを格納することができる。いくつかの実施形態では、１つまたは複数のアプリケーションを、１つまたは複数の他のアプリケーションのモジュールまたはコンポーネントとして実装することができる。いくつかの実施形態では、１つまたは複数のアプリケーションは、オペレーティングシステムのエクステンション、モジュール、プラグインなどとして実装することができる。
いくつかの実施形態では、１つまたは複数のアプリケーションは、クラウドベースのコンピューティング環境で動作することができる。いくつかの実施形態では、１つまたは複数のアプリケーションは、クラウドベースのコンピューティング環境で管理できる１つまたは複数の仮想マシンまたは１つまたは複数の仮想サーバ内で、またはそれらとして実行することができる。いくつかの実施形態では、１つまたは複数のアプリケーションおよび／または光学装置は、１つまたは複数の特定の物理ネットワークコンピューティングデバイスに結び付けられるのではなく、クラウドベースのコンピューティング環境で実行される１つまたは複数の仮想サーバーに配置可能である。いくつかの実施形態では、１つまたは複数のアプリケーションは、光学装置上で実行される１つまたは複数の仮想マシン（ＶＭ）で実行することができる。さらに、この技術の１つまたは複数の実施形態では、光学装置上で動作する１つまたは複数の仮想マシンを、ハイパーバイザによって管理または監視することができる。
追加のコンフォーマル状態
いくつかの実施形態では、２つのコンフォーマル状態のみの選択は、標的のグループを混同物のグループから識別するのに不十分である場合がある。そのような一実施形態では、グループ内の標的に対応する標的スペクトルプロファイルは、互いに実質的に異なっていてもよい。そのような実施形態では、ＣＳＬＴＭは、標的スペクトルプロファイルの各サブグループが類似するように、標的スペクトルプロファイルを複数のサブグループに分離することによって修正可能である。別のそのような実施形態では、グループ内の混同物に対応する混同物スペクトルプロファイルは、互いに実質的に異なっていてもよい。この実施形態では、混同物スペクトルプロファイルの各サブグループが類似するように、混同物スペクトルプロファイルを複数のサブグループに分離することによってＣＳＬＴＭを修正することができる。
いくつかの実施形態では、１つまたは複数の標的スペクトルプロファイルは、１つまたは複数の混同物スペクトルプロファイルと実質的に同様であり得る。そのような実施形態では、階層的アプローチを採用することができる。例えば、類似の標的スペクトルプロファイルを単一のスペクトルプロファイルに統合することができ、類似の混同物スペクトルプロファイルを単一のスペクトルプロファイルに統合することができる。いくつかの併合された標的スペクトルプロファイルおよびいくつかの併合された混同物スペクトルプロファイルは、背景のスペクトルプロファイルと比較可能である。この操作により、対象物と混同物を背景から分離することが可能である。この操作により、ＣＳＬＴＭは背景物質を誤分類することなく標的と混同物を確実に識別する。
完全なスペクトルの超立方体の再構築
本開示の１つの追加の観点は、完全な超立方体を再構築する能力である。たとえば、画像は、各基底ベクトルのスコア画像のセットをもたらす基底ベクトルに射影された一連のスペクトルプロファイルである。コンフォーマル画像は、２つの基底ベクトルに対応する２つ以上のスコア画像のセットであり、基底ベクトルは、対応するコンフォーマル状態に関連付けられた透過スペクトルプロファイルに対応する。コンフォーマルスコア画像 Ｔ１およびＴ２と基底ベクトルが提供された場合、スペクトルポイントごとに１つの波長フレームを持つ完全な超立方体の生成が可能である。
計算された完全な超立方体は、選択された２つの基底ベクトルによって説明される元のフルデータ空間からの分散量のみを有するため、このプロセスは実際の超立方体とは異なることに留意されたい。いくつかの実施形態では、完全な超立方体の分散の少なくとも約９９％を説明するには、約１０から約１５の基底ベクトルで十分である。さらに、フルスペクトル超立方体を生成すると、スペクトル不混合またはスペクトル識別のうちの１つまたは複数を含む追加の操作が可能になる。
調整可能な背景の更新
いくつかの実施形態では、混同物スペクトルプロファイルの新しいソースが、本開示のＣＳＬＴＭによってシーンの背景で見つかっている。そのような一実施形態では、シーンを照らすことによってシーンの分散スペクトログラフが収集され、それによって、背景、標的、および既知の混同物と相互作用した光子が生成される。これらの相互作用した光子は、モノクロメーターなどの１つまたは複数の分散分光計に向けられる。これから、平均スペクトルプロファイルまたは少数のスペクトルプロファイルの粗いグリッドがシーン全体で収集される。
収集された平均スペクトルプロファイルまたはスペクトルプロファイルの粗いグリッドが分析される。関心のある標的がシーンのサイズに対して空間的に小さい場合、シーン全体の平均スペクトルプロファイルが ＣＳＬＴＭによって混同物情報として指定される。指定後、現在の混同物スペクトルプロファイルのいずれとも重複しないが、標的スペクトルプロファイルのいずれとも十分に重複する任意の平均グリッドスペクトルプロファイルが、ＣＳＬＴＭアルゴリズムに提出可能である。特定の実施形態では、ＣＳＬＴＭアルゴリズムへの標的スペクトルプロファイルの提出は、リアルタイムまたはほぼリアルタイムで実行される。平均グリッドスペクトルプロファイルのいずれかが標的 スペクトルのいずれとも十分に重複しない場合、それらのスペクトルプロファイルは ＣＳＬＴＭアルゴリズムに送信され、送信後に改訂されたＴ１およびＴ２スペクトルプロファイルが生成される。これにより、少なくとも１つの修正されたＴ１およびＴ２スペクトルプロファイルが生成される。
実施例
以下に記載される本教示の実施形態は、網羅的であること、または教示を以下の詳細な説明に開示される正確な形態に限定することを意図するものではない。むしろ、実施形態は、他の当業者が本教示の原理および実施を認識および理解できるように選択および説明されている。
標的のスペクトルプロファイルが計算された。標的およびコンフォーマルスペクトルプロファイルは、同じ範囲に切り捨てられ、ゼロオフセットされ、正規化された。各標的スペクトルプロファイルは、ＣＣＡ によって各コンフォーマルスペクトルプロファイルと比較され、単位のない数値であるＣＣＡスコアが生成された。その後、ＣＣＡスコアは０から１の範囲になるようにスケーリングされた。
各コンフォーマルスペクトルプロファイルの融合スコアは、最高の融合スコアが、選択された標的のセットが最もよく検出されるコンフォーマルスペクトルプロファイルおよび対応する電圧状態に関連付けられ、混同物の効果には重みが与えられていないようになっていることに注意願いたい。各標的スペクトルプロファイルにまたがるコンフォーマルスペクトルプロファイルのそれぞれについて、融合スコアが計算される。融合スコアは次の式を使用する。
融合スコア ＝（ＣＣＡ１ ＋ ＣＣＡ２ ＋ ．．． ＋ ＣＣＡｎ）×（ＣＣＡ１ × ＣＣＡ２ × ．．． × ＣＣＡｎ）
式中、ＣＣＡ１、ＣＣＡ２、...はそれぞれ、標的スペクトルプロファイルおよびコンフォーマルスペクトルプロファイルに対するＣＣＡ計算を表す。融合スコアの式には加算と乗算の両方が含まれており、単一のスペクトルプロファイルの過小評価や過大評価を回避する。各融合スコアは０から１の範囲にスケーリングされ、その範囲にはエンドポイント０と１が含まれます。各コンフォーマルスペクトルプロファイルの結果の融合スコアは、混同物を考慮せずに標的を最適に検出するコンフォーマルスペクトルプロファイルと、対応する電圧状態に関連付けられる。
スペクトルプロファイルは、混同物についても計算された。この演算では、すべての混同物プロファイルまたはスペクトルプロファイルとコンフォーマルデータベーススペクトルプロファイルが同じ範囲に切り捨てられ、ゼロオフセットされ、ベクトル正規化される。正規化の後、各混同物スペクトルプロファイルは、ＣＣＡによって各コンフォーマルフィルターのスペクトルプロファイルと比較される。各混同物スペクトルプロファイルは、単位のない数値であるＣＣＡスコアを生成するために、ＣＣＡによって各コンフォーマルスペクトルプロファイルと比較された。その後、ＣＣＡスコアは０から１の範囲になるようにスケーリングされた。各コンフォーマルスペクトルプロファイルの融合スコアは、最高の融合スコアが、選択された標的のセットが最もよく検出されるコンフォーマルスペクトルプロファイルおよび対応する電圧状態に関連付けられ、混同物の効果には重みが与えられていないようになっていることに注意願いたい。混同物スペクトルプロファイルのそれぞれにまたがるコンフォーマルスペクトルプロファイルのそれぞれについて、融合スコアが計算される。
融合スコア ＝（ＣＣＡ１ ＋ ＣＣＡ２ ＋ ．．． ＋ ＣＣＡｎ）×（ＣＣＡ１ × ＣＣＡ２ × ．．． × ＣＣＡｎ）
式中、ＣＣＡ１、ＣＣＡ２等はそれぞれ、混同物スペクトルプロファイルとコンフォーマルスペクトルプロファイルのＣＣＡ計算を表す。融合スコアの式には加算と乗算の両方が含まれており、単一のスペクトルプロファイルの過小評価や過大評価を回避する。各融合スコアは０から１の範囲にスケーリングされ、その範囲にはエンドポイント０と１が含まれる。各コンフォーマルスペクトルプロファイルの結果の融合スコアは、標的の考慮なしに、混同体を最適に検出するコンフォーマルスペクトルプロファイルと対応する電圧状態に関連付けられる。
Ｔ１およびＴ２ベクトルのセットがさらに計算された。コンフォーマルスペクトルプロファイルのそれぞれに対して一連の計算が実行される。これらの計算により、特定のスペクトルプロファイルのスケーリングされたＣＣＡ 値が得られる。これは、「スケーリングされた標的 ＣＣＡ」と呼ばれる。コンフォーマルスペクトルプロファイルごとに直交ベクトルも決定され、スケーリングされて「スケーリングされた直交混同ＣＣＡ」が生成される。「スケーリングされた標的 ＣＣＡ」と「スケーリングされた直交混同ＣＣＡ」の絶対差は、「差分メトリック」または「１－差分」と呼ばれる。さらに、「最終メトリック」は、スケールされた標的ＣＣＡ に差分メトリックを掛けた積として計算される。
差分メトリックに基づいて、コンフォーマルスペクトルプロファイルの上位１０パーセント（１０％）がグループ１を形成するために選択される。スケールされた標的ＣＣＡ値に基づいてグループ１の上位８メンバーが選択され、平均値と２つの電圧Ｔ１とＴ２のそれぞれの平均と標準偏差が計算され、グループ２に割り当てられた。次に、電圧Ｔ１とＴ２がグループ２の電圧の平均の±１標準偏差内で一致するグループ１のエントリのみを含めることによって、グループ３が形成される。このように、グループ３には、グループ１と２の最適な一致と一致する電圧のみが含まれる。最大のスケールされた標的ＣＣＡ 値を持つグループ３のコンフォーマルスペクトルプロファイルがトップマッチとして指定され、その 電圧は「最適Ｔ１／Ｔ２ベクトル」として出力される。
ＣＳＬＴＭの出力は、最適なＴ１とＴ２の電圧状態のペアである。電圧状態のＴ１とＴ２のペアが、ＣＳＬＴＭ計算が実行された選択された標的と混同物を含むシーン内の特定のＤＰＣＦに適用されると、結果の画像出力は、背景とシーンに存在する混同物とは異なる標的を解決する最高の能力を持つ。
開示されたＣＳＬＴＭは、図３に示されるシーンプロファイル用にテストされたものであるが、ここで硝酸アンモニウムと尿素が標的であり、植生が混同物である。図５Ａは、コンフォーマルスペクトルプロファイルの選択されたＴ１を示し、図５Ｂは、選択されたコンフォーマルスペクトルプロファイルの選択されたＴ２を示す。図６Ａは、Ｔ１と図５Ａに対応する電圧状態を示し、図６Ｂは、Ｔ２と図５Ｂに対応する電圧状態を示す。図７は、（Ｔ２ーＴ１）／（Ｔ２＋Ｔ１）の計算によるスコア画像を示す。
前述のように、図４Ａは硝酸アンモニウムのスペクトルプロファイルを示し、図４Ｂは尿素のスペクトルプロファイルを示す。硝酸アンモニウムと尿素のそれぞれのスペクトルプロファイルは吸収スペクトルであるため、サンプルによって吸収される特定の波長の光の量を測定し、それによってスペクトルプロファイルを形成する。対照的に、ＤＰＣＦ のスペクトルプロファイルは、特定のＤＰＣＦによって透過される光の量である透過スペクトルプロファイルである。これは、Ｔ１が標的材料のほとんどの値に対して一般に負であり、Ｔ２が標的材料のほとんどの値に対して正であることを意味する。
実験の成功を等級付けするために、信号対雑音比（ＳＮＲ）は、標的関心領域（ＲＯＩ）および背景ＲＯＩおよびＲＯＣ曲線下面積（ＡＵＲＯＣ）から計算される。具体的には、図８Ａは、標的のＲＯＩを示し、図８Ｂは背景のＲＯＩを示す。ＳＮＲ値は、６．２５９ と計算され、ＡＵＲＯＣ値は１．００である。この実験の結果は１台のカメラのみを使用したが、二重偏光画像用の２台以上のカメラなど、追加のカメラが考えられる。
計算された電圧は、０．１１Ｖのステップサイズ用に決定された。その結果、Ｔ１とＴ２の計算された電圧は、コンフォーマル電圧超立方体（ＣＶＨ）で必ずしも利用できるわけではなく、補間を実行して、Ｔ１とＴ２の利用可能な最も近いコンフォーマル画像を見つける必要がある。表１は、この実験の計算電圧と近似電圧を示している。場合によっては、システムは、計算された波形のコンフォーマル画像を収集して、スコア画像が近似電圧状態に影響されないようにすることができる。
Figure 2023534957000002
２１１８の可能なすべてのスコア画像の視覚的レビューが実行された。図９Ａ～９Ｆ は、視覚的に選択された上位６つのスコア画像が、ＣＳＬＴＭによって計算され、ＡＵＣメトリックに基づいて昇順にソートされた上位１０の結果のリストにも含まれていることを示している。ＳＮＲとＡＵＣの値を表２に示す。
Figure 2023534957000003
図１１Ａ～１１Ｄは、ＣＳＬＴＭをカメラ２台の場合に適用した結果を示し、従来技術のデータ駆動型最適化方法であるコンフォーマル訓練ソフトウェア（ＣＦＴＳ）アプローチとの比較を示している。元の（未補正）ＣＳＬＴＭの結果と、左右のカメラ補正戦略が適用された結果が示されている。図１１Ａは、２台のカメラによって撮像された、本開示のＣＳＬＴＭによる補正を伴うスケールされたスコア画像を示す。図１１Ｂは、２台のカメラによって撮像された、本開示のＣＳＬＴＭによる補正なしのスケールされたスコア画像を示す。図１１Ｃは、単一のカメラを有する光学装置から得られた、本開示のＣＳＬＴＭによる補正なしのスケールされたスコア画像である。最後に、図１１Ｄは、２台のカメラによって撮像された、従来技術のＣＦＴＳアプローチを使用して得られたスケールされたスコア画像を示す。補正されたＣＳＬＴＭ結果の信号対雑音比（ＳＮＲ）は、ＣＦＴＳ の結果に匹敵する（３．０６２対３．３２９のＳＮＲ）。ＣＦＴＳの結果は、方法によって必要とされる正確な電圧段階を使用する。ＣＦＴＳ を使用したＣＳＬＴＭの残りの性能ギャップは、ＣＳＬＴＭ方法が近似波形ではなく正確な電圧波形でテストされる場合に緩和されるであろう。対応するＳＮＲ データを表３に示す。
Figure 2023534957000004
上記の詳細な説明において、本明細書の一部を形成する添付の図面を参照している。図面において、類似の記号は、文脈上別段の指示がない限り、典型的には類似の構成要素を識別する。詳細な説明、図面、および特許請求の範囲に記載された例示的な実施形態は、限定的であることを意味するものではない。本明細書に提示される主題の精神または範囲から逸脱することなく、他の実施形態を使用することができ、他の変更を行うことができる。本明細書に一般的に記載され、図に示される本開示の態様は、多種多様な異なる構成で配置、置換、結合、分離、および設計することができ、これらはすべて明示的に企図されていることが容易に理解されるであろう。
本開示は、様々な態様を例示するためのものである本出願に記載された特定の実施形態に関して限定されるべきではない。当業者には明らかなように、その精神および範囲から逸脱することなく、多くの修正および変更を行うことができる。本明細書に列挙されたものに加えて、本開示の範囲内の機能的に同等の方法および装置は、前述の説明から当業者には明らかであろう。そのような修正および変更は、添付の特許請求の範囲内にあることを意図している。本開示は、添付の特許請求の範囲の条件によってのみ限定されるべきであり、そのような特許請求の範囲が権利を有する均等物の全範囲も含む。本開示は、特定の方法、試薬、化合物、組成物、または生物系に限定されず、もちろん変化し得ることが理解されるべきである。本明細書で使用される用語は、特定の実施形態を説明することだけを目的としており、限定することを意図していないことも理解されたい。
本明細書における実質的に任意の複数および／または単数の用語の使用に関して、当業者は、文脈および／または適用に適切であるように、複数から単数に、および／または単数から複数に翻訳することができる。明確にするために、本明細書では、様々な単数／複数の置換が明示的に示されている場合がある。
一般に、本明細書、特に添付の特許請求の範囲（例えば、添付の特許請求の範囲の本文）で使用される用語は、一般に「開いた」用語（例えば、「含む 」は「含むがこれに限定されない」と解釈されるべきであり、「有する」という用語は「少なくとも有する」と解釈されるべきであり、「備える」という用語は「備えるがこれらに限定されない」と解釈されるべきである、など）。
さまざまな構成要素または工程を「有する」という観点（「有するが、これらに限定されない」という意味で解釈される）からさまざまな組成物、方法、およびデバイスが説明されているが、組成物、方法、およびデバイスは、「実質的に～からなる」または「からなる」こともできる。これらの用語は、本質的に閉じた要素のグループを定義するものとして解釈されるべきである。当業者は、特定の数の請求項の詳述が意図されている場合、その意図は請求項に明示的に記載されており、そのような記載がなければ、そのような意図は存在しないことを理解するであろう。
例えば、理解の助けとして、以下の添付の請求項は、請求項の導入部で「少なくとも１つ」および「１つまたは複数」という導入句の使用を含む場合がある。しかし、そのような語句の使用は、不定冠詞「ａ」または「ａｎ」による請求項の説明の導入が、そのような導入された請求項の説明を含む特定の請求項でそのような説明を１つだけ含む実施形態に限定することを意味すると解釈されるべきではない。同じ請求項には、導入句「１つ以上」または「少なくとも１つ」、および「ａ」または「ａｎ」などの不定冠詞が含まれます（たとえば、「ａ」および／または「ａｎ」は「少なくとも１つ」または「１つ以上」を意味すると解釈する必要がある）。請求項の説明を導入するために使用される定冠詞の使用についても同じことが言える。
さらに、記載された請求項の特定の数の記載が明示的に記載されている場合でも、当業者は、そのような記載が少なくともその記載された数を意味するものと解釈されるべきであることを認識するであろう（例えば、他の修飾子なしで２つの記載がある場合は、少なくとも２つ、または ２つ以上と記載されたことを意味する）。さらに、「Ａ、Ｂ、およびＣなどの少なくとも１つ」に類似した慣例が使用される場合、一般に、そのような構成は、当業者が慣例を理解するという意味で意図される（たとえば、「Ａ、Ｂ、およびＣの少なくとも１つを有するシステム」には、Ａのみ、Ｂのみ、Ｃのみ、ＡとＢが一緒、ＡとＣが一緒、ＢとＣが一緒、および／またはＡ、Ｂ、およびＣの組み合わせなどを有するシステムが含まれますが、これらに限定されない）。「Ａ、Ｂ、またはＣなどの少なくとも１つ」に類似した慣例が使用される場合、一般に、そのような構成は、当業者が慣例を理解するという意味で意図されている（たとえば、「Ａ、Ｂ、またはＣの少なくとも１つを有するシステム」には、Ａのみ、Ｂのみ、Ｃのみ、ＡとＢを一緒に、ＡとＣを一緒に、ＢとＣを一緒に、および／またはＡ、Ｂ、およびＣの組み合わせなど）。明細書、特許請求の範囲、または図面のいずれにおいても、２つ以上の代替用語を提示する実質的に任意の分離語および／または句は、用語の１つ、いずれかの用語、または両方の用語を含む可能性を考慮すると理解されるべきであることが、当業者によってさらに理解されるであろう。例えば、「ＡまたはＢ」という語句は、「Ａ」または「Ｂ」または「ＡおよびＢ」の可能性を含むと理解される。
さらに、本開示の特徴または態様がマーカッシュグループに関して説明される場合、当業者は、本開示がそれによって、任意の個々のメンバーまたはマーカッシュグループの要素のサブグループに関しても説明されることを認識するであろう。
当業者によって理解されるように、書面による説明を提供することなど、ありとあらゆる目的のために、本明細書に開示されるすべての範囲はまた、ありとあらゆる可能な下位範囲およびその下位範囲の組み合わせを包含する。リストされた範囲は、十分に記述されており、同じ範囲を少なくとも半分、３分の１、４分の１、５分の１、１０分の１ などに分割できるようになっていると容易に認識できる。非限定的な例として、本明細書で説明する各範囲は、下三分の一、中三分の一、上三分の一などに容易に分解することができる。また、当業者には理解されるように、「～まで」、「少なくとも」などのすべての用語は、列挙された数を含み、上記で論じたように、後で部分範囲に分解できる範囲を指す。最後に、当業者には理解されるように、範囲には個々の構成要素が含まれる。したがって、例えば、１～３ユニットを有するグループは、１、２、または３ユニットを有するグループを指す。同様に、１～５ユニットを有するグループは、１、２、３、４、または５ユニットを有するグループなどを指す。
上記に開示された様々なものおよび他の特徴および機能、またはそれらの代替の様々なものは、他の多くの異なるシステムまたはアプリケーションに組み合わせることができる。当業者は、現在予期されていないもの、または予期されていない様々な代替、修正、変形、または改良をその後行うことができ、それらのそれぞれも開示された実施形態に包含されることを意図している。

Claims (23)

  1. シーンのシーンプロファイルのための電圧値Ｔ１およびＴ２を決定する方法であって、
    光学フィルターを特徴付け、光学フィルターデータベースを形成する工程と、
    前記シーンの前記シーンプロファイルを特徴付け、シーンプロファイルのデータベースを形成する工程と、
    少なくとも１つの標的のスペクトルプロファイルを光学フィルターデータベースのスペクトルプロファイルと融合する工程であって、
    前記標的のスペクトルプロファイルと前記光学フィルターデータベースのスペクトルプロファイルを切り捨て、ゼロオフセット、およびベクトル正規化する工程と、
    余弦相関分析（ＣＣＡ）により、前記標的の各スペクトルプロファイルを各光学フィルター データベーススペクトルプロファイルと比較して、標的ＣＣＡ値の配列を出力する工程と、
    前記配列内の各標的ＣＣＡ値を０から１の値にスケールする工程と、
    各スケールされた標的ＣＣＡ値から標的融合スコアを生成する工程と、を有する融合する工程と、
    少なくとも１つの混同物のスペクトルプロファイルを光学フィルターデータベースのスペクトルプロファイルと融合する工程であって、
    少なくとも１つの混同物のスペクトルプロファイルと前記光学フィルターデータベースのスペクトルプロファイルを切り捨て、ゼロオフセット、およびベクトル正規化をする工程と、
    ＣＣＡによって、少なくとも１つの混同物の各スペクトルプロファイルを各光学フィルターデータベースのスペクトルプロファイルと比較して、混同物ＣＣＡ値の配列を出力する工程と、
    前記配列内の各混同物ＣＣＡ値を０から１の値にスケールする工程と、
    各スケールされた混同物ＣＣＡ値から混同物融合スコアを生成する工程と、を有する融合する工程と、
    前記シーンプロファイル用の前記光学フィルターに適用するためのＴ１およびＴ２を決定する工程であって、
    各スケールされた標的ＣＣＡスコアと各スケールされた混同物ＣＣＡスコアの間の絶対差である差分メトリックスコアを計算する工程と、
    差分メトリックスコアの値の最高１０％に対応する電圧Ｔ１およびＴ２を選択する工程を含む、決定する工程と、を有する決定する工程と、
    電圧値Ｔ１およびＴ２を、コンピュータ可読媒体内の値の１つまたは複数として、または少なくとも１つの光学フィルターに印加される電圧として出力する工程と、
    を有する方法。
  2. 請求項１記載の方法において、
    Ｔ１およびＴ２ならびに少なくとも１つの基底ベクトルに基づいて完全な超立方体を計算する工程をさらに有するものである、方法。
  3. 請求項１記載の方法において、
    前記光学フィルターを特徴付け、光学フィルターデータベースを形成する工程は、
    第１の一連の電圧を前記光学フィルターの第１の液晶ステージに印加する工程であって、前記第１の一連の電圧は、前記光学フィルターの第１の液晶ステージからの光学的応答を引き起こす２つ以上の異なる電圧を含む、印加する工程と、
    第２の一連の電圧を前記光学フィルターの第２の液晶ステージに印加する工程であって、前記第２の一連の電圧は、前記光学フィルターの第２の液晶ステージからの光学的応答を引き起こす２つ以上の異なる電圧を含む、印加する工程と、
    前記第１の一連の電圧および前記第２の一連の電圧の印加と少なくとも重複する時間において、光の波長の予め選択された範囲内で前記光フィルタを通る前記光の光透過率を決定する工程と、
    前記第１の一連の電圧、前記第２の一連の電圧、ならびに前記第１の一連の電圧および前記第２の一連の電圧の印加に対応する前記光学フィルターを通る光の光透過率を含むデータベースエントリをコンピュータ可読媒体に記録する工程であって、各データベースエントリは、前記光学フィルターのスペクトルプロファイルである、記録する工程と、
    前記光学フィルターの各スペクトルプロファイルを前記光学フィルターの他のスペクトルプロファイルのそれぞれと比較して、互いに最も類似しないスペクトルプロファイルを決定する工程と、
    互いに最も類似しないスペクトルプロファイルを直交データベース対として指定して、光学フィルターデータベースを形成する工程と、
    を有するものである、方法。
  4. 請求項１記載の方法において、
    前記シーンのシーンプロファイルを特徴付け、前記シーンプロファイルのデータベースを形成する工程は、
    前記シーンに存在する背景のスペクトルプロファイルを生成する工程と、
    コンピュータ可読媒体に、前記シーンに存在する前記背景のスペクトルプロファイルを記録する工程と、
    前記シーンに存在する少なくとも１つの標的のスペクトルプロファイルを生成する工程と、
    前記シーン内に存在する前記少なくとも１つの標的のスペクトルプロファイルをコンピュータ可読媒体に記録する工程と、
    前記少なくとも１つの標的のスペクトルプロファイルを前記背景のスペクトルプロファイルと比較する工程と、
    コンピュータ可読媒体のシーンプロファイルのデータベースに、重複する標的と背景のスペクトルプロファイルのみを記録する工程と、
    を有する、方法。
  5. 光学フィルターを特徴付け、光学フィルターデータベースを形成する方法であって、
    第１の一連の電圧を前記光学フィルターの第１の液晶ステージに印加する工程であって、前記第１の一連の電圧は、前記光学フィルターの前記第１の液晶ステージからの光学的応答を引き起こす２つ以上の異なる電圧を含む、印加する工程と、
    第２の一連の電圧を前記光学フィルターの第２の液晶ステージに印加する工程であって、前記第２の一連の電圧は、前記光学フィルターの前記第２の液晶ステージからの光学的応答を引き起こす２つ以上の異なる電圧を含む、印加する工程と、
    前記第１の一連の電圧および前記第２の一連の電圧の印加と少なくとも重複する時間において、光の波長の予め選択された範囲内で前記光フィルタを通る前記光の光透過率を決定する工程と、
    前記第１の一連の電圧、前記第２の一連の電圧、ならびに前記第１の一連の電圧および前記第２の一連の電圧の印加に対応する前記光学フィルターを通る光の光透過率を含むデータベースエントリをコンピュータ可読媒体に記録する工程であって、各データベースエントリは、前記光学フィルターのスペクトルプロファイルである、記録する工程と、
    前記光学フィルターの各スペクトルプロファイルを前記光学フィルターの他のスペクトルプロファイルのそれぞれと比較して、互いに最も類似しないスペクトルプロファイルを決定する工程と、
    互いに最も類似しないスペクトルプロファイルを直交データベース対として指定して、光学フィルターデータベースを形成する工程と、
    を有する、方法。
  6. 請求項５記載の方法において、前記光学フィルターの各スペクトルプロファイルを前記光学フィルターの他のスペクトルプロファイルのそれぞれと比較する工程は、余弦相関分析（ＣＣＡ）によって実行されるものである、方法。
  7. シーンのシーンプロファイルを特徴付け、シーンプロファイルのデータベースを形成する方法であって、
    前記シーンに存在する背景のスペクトルプロファイルを生成する工程と、
    前記シーンに存在する前記背景のスペクトルプロファイルをコンピュータ可読媒体に記録する工程と、
    前記シーンに存在する少なくとも１つの標的のスペクトルプロファイルを生成する工程と、
    前記シーン内に存在する前記少なくとも１つの標的のスペクトルプロファイルをコンピュータ可読媒体に記録する工程と、
    前記少なくとも１つの標的のスペクトルプロファイルを前記背景のスペクトルプロファイルと比較する工程と、
    コンピュータ可読媒体のシーンプロファイルのデータベースに、重複する標的と背景のスペクトルプロファイルのみを記録する工程と、
    を有する、方法。
  8. 請求項７記載の方法において、前記シーンは、少なくとも１つの混同物をさらに含むものである、方法。
  9. 請求項８記載の方法において、
    前記少なくとも１つの混同物のスペクトルプロファイルを生成する工程と、
    少なくとも１つの混同物のスペクトルプロファイルを前記背景のスペクトルプロファイルと比較する工程と、
    コンピュータ可読媒体のシーンプロファイルのデータベースに、重複する混同物と背景のスペクトルプロファイルのみを記録する工程と、
    をさらに有するものである、方法。
  10. 請求項７記載の方法において、
    比較する各工程は、余弦相関分析（ＣＣＡ）によって実行されるものである、方法。
  11. 光学分析装置であって、
    そこに格納されたプログラムされた命令を含むメモリと、前記格納されたプログラムされた命令を実行するように構成された１以上のプロセッサーと、を有し、
    シーンに存在する背景のスペクトルプロファイルを生成する工程と、
    コンピュータ可読媒体に、前記シーンに存在する前記背景のスペクトルプロファイルを記録する工程と、
    前記シーンに存在する少なくとも１つの標的のスペクトルプロファイルを生成する工程と、
    前記少なくとも１つの標的の各スペクトルプロファイルと前記背景のスペクトルプロファイルを比較する工程と、
    コンピュータ可読媒体のシーンプロファイルのデータベースに、重複する標的と背景のスペクトルプロファイルのみを記録する工程と、
    を行うものである、光学分析装置。
  12. 請求項１１記載の光学分析装置であって、前記装置は、さらに
    前記シーンに存在する少なくとも１つの混同物のスペクトルプロファイルを生成し、
    少なくとも１つの混同物のスペクトルプロファイルを前記背景のスペクトルプロファイルと比較し、
    コンピューター可読媒体のシーンプロファイルのデータベースに、重複する混同物と背景のスペクトルプロファイルのみを記録するものである、光学分析装置。
  13. 請求項１１記載の光学分析装置において、
    比較する各工程は、余弦相関分析（ＣＣＡ）によって実行されるものである、方法。
  14. 光学分析装置であって、動作中に、
    光学フィルターを特徴付け、光学フィルターデータベースを形成する工程と、
    シーンのシーンプロファイルを特徴付け、シーンプロファイルのデータベースを形成する工程と、
    標的のスペクトルプロファイルを前記光学フィルターデータベースのスペクトルプロファイルと融合する工程であって、
    前記標的のスペクトルプロファイルと前記光学フィルターデータベーススペクトルプロファイルを切り捨て、ゼロオフセット、およびベクトル正規化する工程と、
    余弦相関分析（ＣＣＡ）により、各標的のスペクトルプロファイルを各光学フィルター データベーススペクトルプロファイルと比較して、標的ＣＣＡ値の配列を出力する工程と、
    前記配列内の各標的ＣＣＡ値を０から１の値にスケールする工程と、
    各スケールされた標的ＣＣＡ値から標的融合スコアを生成する工程と、を有する融合する工程と、
    前記混同物スペクトルプロファイルを前記光学フィルターデータベースのスペクトルプロファイルと融合する工程であって、
    前記混同物スペクトルプロファイルと前記光学フィルターデータベースのスペクトルプロファイルを切り捨て、ゼロオフセット、およびベクトル正規化する工程と、
    ＣＣＡによって各混同物スペクトルプロファイルを各光フィルタデータベースのスペクトルプロファイルと比較して、混同物ＣＣＡ値の配列を出力する工程と、
    前記配列内の各混同物ＣＣＡ値を０から１の値にスケールする工程と、
    各スケールされた混同物ＣＣＡ値から混同物融合スコアを生成する工程と、とを有する融合する工程と、
    前記シーンプロファイルように前記光学フィルターに印可するためのＴ１とＴ２を決定する工程であって、
    各スケールされた標的ＣＣＡスコアと各スケールされた混同物ＣＣＡスコアの間の絶対差である差分メトリックスコアを計算する工程と、
    前記差分メトリックスコアの値の最高１０％に対応する電圧Ｔ１およびＴ２を選択する工程と、
    電圧値Ｔ１およびＴ２を、コンピュータ可読媒体内の値のうちの１つまたは複数として、または少なくとも１つの光学フィルターに印加される電圧として出力する工程と、を有する決定する工程と、
    を行う、光学分析装置。
  15. 請求項１４記載の光学分析装置に置いて、Ｔ１およびＴ２、ならびに少なくとも任意の基底ベクトルに基づいて完全な超立方体をさらに計算するものである、光学分析装置。
  16. 光学フィルターを特徴付け、光学フィルターデータベースを形成するための命令を格納した非一時的機械可読媒体であって、実行可能コードを含み、１つまたは複数のプロセッサによって実行されると、前記プロセッサに、
    前記光学フィルターの第１の液晶ステージに第１の一連の電圧を印加する工程であって、前記第１の一連の電圧は、前記光学フィルターの前記第１の液晶ステージから光学的応答を引き起こす２つ以上の異なる電圧を含む、印加する工程と、
    第２の一連の電圧を前記光学フィルターの第２の液晶ステージに印加する工程であって、前記第２の一連の電圧は、前記光学フィルターの第２の液晶ステージから光学的応答を引き起こす２つ以上の異なる電圧を含む、印加する工程と、
    前記第１の一連の電圧および前記第２の一連の電圧の印加と少なくとも重複する時間において、光の波長の予め選択された範囲内で前記光フィルタを通る光の光透過率を決定する工程と、
    前記第１の一連の電圧、前記第２の一連の電圧、ならびに前記第１の一連の電圧および前記第２の一連の電圧の印加に対応する前記光学フィルターを通る光の光透過率を含むデータベースエントリをコンピュータ可読媒体に記録する工程であって、各データベースエントリは、前記光学フィルターのスペクトルプロファイルである、記録する工程と、
    前記光学フィルターの各スペクトルプロファイルを前記光学フィルターの他のスペクトルプロファイルのそれぞれと比較して、互いに最も類似しないスペクトルプロファイルを決定する工程と、
    互いに最も類似しないスペクトルプロファイルを直交データベースの対として指定して、光学フィルターデータベースを形成する工程と、
    を行わせるものである、非一時的機械可読媒体。
  17. 請求項１６記載の非一時的機械可読媒体において、
    前記光学フィルターの各スペクトルプロファイルを前記光学フィルターの他のスペクトルプロファイルのそれぞれと比較する工程は、余弦相関分析（ＣＣＡ）によって実行されるものである、非一時的機械可読媒体。
  18. シーンのシーンプロファイルを特徴付け、シーンプロファイルのデータベースを形成するための命令を格納した非一時的な機械可読媒体であって、実行可能コードを含み、１つまたは複数のプロセッサによって実行されると、前記プロセッサに
    前記シーンに存在する背景のスペクトルプロファイルを決定する工程と、
    コンピュータ可読媒体に、前記シーンに存在する背景のスペクトルプロファイルを記録する工程と、
    前記シーンに存在する少なくとも１つの標的のスペクトルプロファイルを決定する工程と、
    前記少なくとも１つの標的の各スペクトルプロファイルと前記背景のスペクトルプロファイルを比較する工程と、
    コンピュータ可読媒体中のシーンプロファイルのデータベースに、重複する標的と背景のスペクトルプロファイルのみを記録する工程と、
    を行わせるものである、非一時的機械可読媒体。
  19. 請求項１８記載の非一時的機械可読媒体において、
    前記シーンは、少なくとも１つの混同物をさらに含むものである、非一時的機械可読媒体。
  20. 請求項１９記載の非一時的機械可読媒体において、
    前記命令はさらに前記プロセッサーに
    前記少なくとも１つの混同物のスペクトルプロファイルを生成する工程と、
    少なくとも１つの混同物のスペクトルプロファイルを前記背景のスペクトルプロファイルと比較する工程と、
    コンピュータ可読媒体のシーンプロファイルのデータベースに、重複する混同物と背景のスペクトルプロファイルのみを記録する工程と、
    を行わせるものである、非一時的機械可読媒体。
  21. 請求項１８記載の非一時的機械可読媒体において、
    比較する各工程は、余弦相関分析（ＣＣＡ）によって実行されるものである、非一時的機械可読媒体。
  22. シーンのシーンプロファイル用の電圧値Ｔ１およびＴ２を決定するための命令が格納された非一時的な機械可読媒体であって、実行可能コードを含み、１つまたは複数のプロセッサによって実行されると、プロセッサに、
    光学フィルターを特徴付け、光学フィルターデータベースを形成する工程と、
    シーンのシーンプロファイルを特徴付け、シーンプロファイルを形成する工程と、
    標的のスペクトルプロファイルを前記光学フィルターデータベースのスペクトルプロファイルと融合する工程であって、
    前記標的のスペクトルプロファイルと前記光学フィルターデータベースのスペクトルプロファイルを切り捨て、ゼロオフセット、およびベクトル正規化する工程と、
    余弦相関分析（ＣＣＡ）により、各標的のスペクトルプロファイルを各光学フィルター データベーススペクトルプロファイルと比較して、標的ＣＣＡ値の配列を出力する工程と、
    前記配列内の各標的ＣＣＡ値を０から１の値にスケールする工程と、
    各スケールされた標的ＣＣＡ値から標的融合スコアを生成する工程と、を有する融合する工程と、
    前記混同物スペクトルプロファイルを前記光学フィルターデータベースのスペクトルプロファイルと融合する工程であって、
    前記混同物スペクトルプロファイルと前記光学フィルターデータベースのスペクトルプロファイルを切り捨て、ゼロオフセット、およびベクトル正規化する工程と、
    ＣＣＡによって各混同物スペクトルプロファイルを各光フィルタデータベースのスペクトルプロファイルと比較して、混同物ＣＣＡ値の配列を出力する工程と、
    前記配列内の各混同物ＣＣＡ値を０から１の値にスケールする工程と、
    各スケールされた混同物ＣＣＡ値から混同物融合スコアを生成する工程と、を有する融合する工程と、
    前記シーンプロファイル用に前記光学フィルターに印可するためのＴ１とＴ２を決定する工程であって、
    各スケールされた標的ＣＣＡスコアと各スケールされた混同物ＣＣＡスコアの間の絶対差である差分メトリックスコアを計算する工程と、
    前記差分メトリックスコアの値の最高１０％に対応する電圧Ｔ１およびＴ２を選択する工程と、を有する決定する工程と、
    電圧値Ｔ１およびＴ２を、コンピュータ可読媒体内の値のうちの１つまたは複数として、または少なくとも１つの光学フィルターに印加される電圧として出力する工程と、
    を含む、決定する工程と、
    を行わせるものである、非一時的機械可読媒体。
  23. 請求項２２記載の非一時的機械可読媒体において、
    前記実行可能コードは、１つまたは複数のプロセッサによって実行されると、前記プロセッサに、Ｔ１およびＴ２ならびに少なくとも１つの基底ベクトルに基づいて完全な超立方体を計算させる命令をさらに含むものである、非一時的機械可読媒体。
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