本發(fā)明涉及串?dāng)_去除，具體涉及一種去除柔性電容式傳感陣列中電學(xué)串?dāng)_的網(wǎng)絡(luò)及其訓(xùn)練方法。

背景技術(shù)：

1、近年來，柔性壓力傳感器受到了廣泛關(guān)注。相比傳統(tǒng)的剛性mems(micro-electromechanical?system)壓力傳感器，柔性壓力感器能夠很好地貼合不規(guī)則表面，因此適合大面積多點式原位壓力傳感。這種優(yōu)勢使得柔性壓力傳感器在機器人、醫(yī)療健康、可穿戴設(shè)備等領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用前景。例如，包含壓力傳感器的電子皮膚可以應(yīng)用于機器人手部或人的假肢以提供“觸覺”；足底壓力傳感系統(tǒng)對人在行進(jìn)時足底不同位置的壓力精確感知可以用于運動分析或者糖尿病等的診斷。根據(jù)器件工作原理的不同，柔性壓力傳感器可以分為電容式、電阻式和壓電式。與另外兩種類型的傳感器相比，電容式傳感器具有工藝簡單(三明治結(jié)構(gòu))、可以支持靜態(tài)和動態(tài)傳感、無靜態(tài)功耗等優(yōu)點，因此得到了大量的研究。對于大面積電壓力傳感系統(tǒng)，傳感器件通常有幾十甚至多達(dá)百個，如果每個器件都直接接入測量電路，那么需要的連線和管腳的數(shù)量是傳感器件數(shù)量的兩倍，這對于實際的傳感系統(tǒng)是一個很大的挑戰(zhàn)。為了降低接口的數(shù)量，主流的方式是采用橫縱交叉陣列，即crossbar結(jié)構(gòu)，同一行的電容器件的上電極連接到共有的互連線，同一列的電容器件的下電極也連接到一條共有的互連線，這樣對于n×n的陣列其接口數(shù)量由2n2降低到2n。

2、但是crossbar結(jié)構(gòu)也導(dǎo)致了力學(xué)串?dāng)_和電學(xué)串?dāng)_。其中，電學(xué)串?dāng)_，簡單來說，目標(biāo)電容的測量值受到陣列中所有電容的影響。雖然柔性電容式傳感陣列的電學(xué)串?dāng)_問題是普遍存在的基本問題，但是相關(guān)的研究卻很少。

3、yu等人提出了一種柔性電容式觸覺陣列壓力傳感器系統(tǒng)的接地方法，以減少寄生電容的串?dāng)_效應(yīng)。如圖1(a)所示，該方法通過將crossbar結(jié)構(gòu)柔性電容式傳感陣列中與待測電容非同行同列的電容接地的方式來去除相應(yīng)部分的電容串?dāng)_。通過修改電容測量電路的方式，該方法去除了柔性電容式傳感陣列中50％左右的電容串?dāng)_影響。但是，該方法在實際的柔性電容式傳感陣列使用中操作復(fù)雜，無法滿足柔性電容式傳感陣列實時測量的需求，同時電容去除效果較差，無法滿足測量精度需求。

4、huang等人構(gòu)建了一種簡化的模型來表征串?dāng)_的影響并提出了一種迭代的方法快速求解近似值。如圖1(b)所示，該方法建立了柔性電容式傳感陣列原始電容值與待串?dāng)_電容值之間的關(guān)系模型，將測量值建模為目標(biāo)電容值與3個串聯(lián)電容的并聯(lián)，其中cr和cc分別為與目標(biāo)電容在同一行和同一列的電容值之和，co為剩余其他電容的和。通過求解非線性方程的方式來求解原始值。但是由于柔性電容式傳感陣列中的串?dāng)_模型過于復(fù)雜，該方法只能求解較小尺寸的柔性電容式傳感陣列中的串?dāng)_問題，無法應(yīng)用到較大尺寸的柔性電容式傳感陣列之中。

5、傳統(tǒng)的解決方案只從擬合求解或陣列結(jié)構(gòu)改進(jìn)其中的一方面入手，隨著問題規(guī)模的增大方案逐漸失效?；诖?，如何去除柔性電容式傳感陣列中電學(xué)串?dāng)_是亟待解決的問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，本發(fā)明提供了一種去除柔性電容式傳感陣列中電學(xué)串?dāng)_的網(wǎng)絡(luò)及其訓(xùn)練方法。具體包括：

2、第一方面，本發(fā)明提供了一種去除柔性電容式傳感陣列中電學(xué)串?dāng)_的網(wǎng)絡(luò)，包括：

3、依次連接的初步特征提取和維數(shù)變換卷積層、主干網(wǎng)絡(luò)和輸出卷積層；

4、主干網(wǎng)絡(luò)由d層macb模塊堆疊組成，d為大于等于1的正整數(shù)，macb模塊的層數(shù)d根據(jù)待去除電學(xué)串?dāng)_的柔性電容式傳感陣列的尺寸確定；

5、macb模塊依次包括串?dāng)_信息提取單元、通道連接單元和跨通道特征融合和降維單元；

6、串?dāng)_信息提取單元包括并聯(lián)的四個不同大小的非對稱卷積核；

7、初步特征提取和維數(shù)變換卷積層，用于對待去除電學(xué)串?dāng)_的柔性電容式傳感陣列對應(yīng)的電容值矩陣進(jìn)行初步的特征提取和維數(shù)變換，得到第一電容值矩陣；

8、主干網(wǎng)絡(luò)，用于消除第一電容值矩陣中的串?dāng)_信息，得到第二電容值矩陣；

9、輸出卷積層，用于根據(jù)第二電容值矩陣，生成待去除電學(xué)串?dāng)_的柔性電容式傳感陣列中各電容的電容值；

10、串?dāng)_信息提取單元，用于提取輸入的柔性電容式傳感陣列的行串?dāng)_信息和列串?dāng)_信息；

11、通道連接單元，用于按通道維度對相應(yīng)串?dāng)_信息提取單元中不同卷積核的輸出進(jìn)行連接，并輸出連接結(jié)果；

12、跨通道特征融合和降維單元，用于對相應(yīng)通道連接單元的連接結(jié)果進(jìn)行跨通道特征融合和降維處理。

13、第二方面，本發(fā)明還提供了一種去除柔性電容式傳感陣列中電學(xué)串?dāng)_的網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練方法，包括：

14、針對任一尺寸的柔性電容式傳感陣列，通過仿真獲取多個尺寸的柔性電容式傳感陣列對應(yīng)的目標(biāo)矩陣數(shù)據(jù)組，并按照預(yù)設(shè)規(guī)則將多個目標(biāo)矩陣數(shù)據(jù)組劃分為訓(xùn)練集和測試集，目標(biāo)矩陣數(shù)據(jù)組包括相應(yīng)柔性電容式傳感陣列中各電容對應(yīng)的原始電容值矩陣與帶電容串?dāng)_的電容值矩陣；

15、根據(jù)柔性電容式傳感陣列的尺寸，構(gòu)建如第一方面所提供的去除柔性電容式傳感陣列中電學(xué)串?dāng)_的網(wǎng)絡(luò)，并基于預(yù)設(shè)的損失函數(shù)，根據(jù)訓(xùn)練集和測試集對所構(gòu)建的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練和測試，得到訓(xùn)練好的去除柔性電容式傳感陣列中電學(xué)串?dāng)_的網(wǎng)絡(luò)。

16、第三方面，本發(fā)明還提供了一種去除柔性電容式傳感陣列中電學(xué)串?dāng)_的方法，包括：

17、獲取待去除電學(xué)串?dāng)_的目標(biāo)柔性電容式傳感陣列中各電容的測量值；

18、將各電容的測量值，輸入根據(jù)如第二方面所提供的方法訓(xùn)練得到的與目標(biāo)柔性電容式傳感陣列的尺寸對應(yīng)的去除柔性電容式傳感陣列中電學(xué)串?dāng)_的網(wǎng)絡(luò)中，恢復(fù)出各電容的真實值。

19、第四方面，本發(fā)明還提供了一種電子設(shè)備，包括處理器、通信接口、存儲器和通信總線，其中，處理器，通信接口，存儲器通過通信總線完成相互間的通信；

20、存儲器，用于存放計算機程序；

21、處理器，用于執(zhí)行存儲器上所存放的程序時，實現(xiàn)第二方面或第三方面所提供的任一方法。

22、本發(fā)明的有益效果：

23、本發(fā)明提供的去除柔性電容式傳感陣列中電學(xué)串?dāng)_的網(wǎng)絡(luò)及其訓(xùn)練方法，該網(wǎng)絡(luò)包括依次連接的初步特征提取和維數(shù)變換卷積層、主干網(wǎng)絡(luò)和輸出卷積層；主干網(wǎng)絡(luò)由d層macb模塊堆疊組成，d為大于等于1的正整數(shù)，macb模塊的層數(shù)d根據(jù)待去除電學(xué)串?dāng)_的柔性電容式傳感陣列的尺寸確定，從而充分結(jié)合柔性電容式傳感陣列的尺寸，對于不同尺寸的柔性電容式傳感陣列都具有很好的適應(yīng)性，不受電容尺寸的影響，適用于各種規(guī)模的柔性電容式傳感陣列；進(jìn)一步的，macb模塊依次包括串?dāng)_信息提取單元、通道連接單元和跨通道特征融合和降維單元；串?dāng)_信息提取單元包括并聯(lián)的四個不同大小的非對稱卷積核，由于非對稱卷積模塊相較于傳統(tǒng)的卷積模塊具有更小的參數(shù)量，因此由其構(gòu)成的去除柔性電容式傳感陣列中電學(xué)串?dāng)_的網(wǎng)絡(luò)在模型參數(shù)量與計算量上遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，對于容量與算力受限的邊緣設(shè)備具有很好的適配性，可以很輕松的部署到邊緣設(shè)備之中，滿足傳感系統(tǒng)實時采集處理的需求，此外，該網(wǎng)絡(luò)充分利用柔性電容式傳感陣列的結(jié)構(gòu)，在macb中集成了不同尺寸的非對稱卷積塊來表征距離信息對串?dāng)_的影響，同時通過保持網(wǎng)絡(luò)中的特征尺度不變來保留陣列中電容元件的位置信息，相較于傳統(tǒng)解決方案的局限性，去除柔性電容式傳感陣列中電學(xué)串?dāng)_的網(wǎng)絡(luò)同時利用了深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的強大擬合能力和柔性電容式傳感陣列的空間結(jié)構(gòu)特征，獲得了更好的性能。

24、以下將結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。