(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210778124.7 (22)申请日 2022.06.29 (71)申请人 华南理工大 学 地址 510640 广东省广州市天河区五山路 381号 (72)发明人 舒琳　吴晓茵　晋建秀　 (74)专利代理 机构 广州市华学知识产权代理有 限公司 4 4245 专利代理师 林梅繁 (51)Int.Cl. G01N 27/04(2006.01) G06V 10/44(2022.01) G06V 10/80(2022.01) G06N 3/04(2006.01) G06N 3/08(2006.01) (54)发明名称 湿度传感平面内湿度分布的分析方法及湿 敏电子皮肤 (57)摘要 本发明涉及电阻抗 成像领域， 为湿度传感平 面内湿度分布的分析方法及湿敏电子皮肤， 方法 包括： 获取数据集并进行预处理； 构建湿度分布 成像模型， 包括输入层、 预重构模块、 编码器模 块、 解码器模块、 轮廓约束分支、 输出层； 使用数 据集训练湿度分布成像模型， 形成具有湿度重构 图像和湿度重构轮廓图像两项输出的湿度分布 重构模型； 输入层输入湿度传感平 面的边界电压 数据； 预重构模块生成初始的湿度重构结果， 编 码器模块在预重构模块的基础上提取湿度相关 的多级多尺度特征； 解码器模块根据编码器模块 提取的多级多尺度特征进行解码； 轮廓约束分支 用于获得轮廓分明的湿度重构图像。 本发明能关 注目标区域中的重构， 从而提升湿度重构的效 果。 权利要求书2页 说明书8页 附图4页 CN 115078471 A 2022.09.20 CN 115078471 A 1.一种湿度传感平面内湿度分布的分析 方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 获取数据集并进行 预处理； 构建湿度分布成像模型， 所述湿度分布成像模型包括输入层、 预重构模块、 编码器模 块、 解码器模块、 轮廓 约束分支、 输出层； 使用数据集训练湿度分布成像模型， 形成具有湿度重构图像和湿度重构轮廓图像两项 输出的湿度分布重构模型； 输入层用于输入湿度传感平面的边界电压数据， 输出层输出湿度重构图像以及对应的 轮廓图像； 预重构模块用于生成初始的湿度重构结果， 编码器模块用于在预重构模块的基 础上进一步提取湿度相关的多级多尺度特征； 解码器模块根据编 码器模块提取的多级多尺 度特征进行解码； 轮廓 约束分支用于获得轮廓分明的湿度重构图像。 2.根据权利要求1所述的湿度传感平面内湿度分布的分析方法， 其特征在于， 所述湿度 分布成像模型中： 预重构模块， 包括一个全连接层和一个简单自动编码器， 输入的边界电压数据在全连 接层进行尺寸调整后， 再输入简单自动 编码器中进行处 理； 编码器模块， 包括一个卷积层， 一个批归一化层， 13个反向残差块， 以及一个金字塔池 化块； 第1、 3、 6、 13个反向残差块分别向后输出4个多级特征； 金字塔池化块含有五个分支， 用于膨胀卷积提取局部特征和全局平均池化提取全局特征， 然后通过卷积层进行多尺度特 征融合， 输出全局特 征； 解码器模块， 用于将编码器模块得到的多级特征和全局特征进行解码， 得到轮廓分明 的湿度重构图像； 轮廓约束分支， 用于将浅层特征和全局特征插值得到的深层特征进行融合， 得到湿度 重构轮廓图像。 3.根据权利要求2所述的湿度传感平面内湿度分布的分析方法， 其特征在于， 解码器分 支和轮廓约束分支的最后一个卷积层使用sigmoid函数作为激活函数， 其它卷积层均使用 Relu作为激活函数。 4.根据权利要求1所述的湿度传感平面内湿度分布的分析方法， 其特征在于， 所述使用 数据集训练湿度分布成像模型， 对于湿度重构图像输出使用重构误差作为损失函数， 对于 湿度重构轮廓图像使用focal  loss作为损失函数。 5.根据权利要求4所述的湿度传感平面内湿度分布的分析方法， 其特征在于， 所述重构 误差的计算方式如下： 将数据集中的真实湿度分布图像和湿度分布重构模型输出的湿度重构图像的目标和 背景分别分配不同的权重， 使目标中心区域 获得最高权重， 目标与背 景的过渡区域次之， 背 景区域获得最低权 重； 计算权重分配后的真实湿度分布图像和湿度重构图像的均方误差， 作为重构误差 。 6.根据权利要求5所述的湿度传感平面内湿度分布的分析方法， 其特征在于， 所述重构 误差的计算方式如下：权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115078471 A 2其种filter是尺寸为(3,3,1,1)的全一矩阵， y_true为真实湿度分布图像， y_pred为湿 度重构图像， N 为批量训练数量。 7.根据权利要求4所述的湿度传感平面内湿度分布的分析方法， 其特征在于， 所述 focal loss的计算方式如下： Loss2＝‑α y(1‑p)γlog(p)‑(1‑α )(1‑y)pγlog(1‑p) 其中y是二元标签， y＝0表示不属于轮廓区域， y＝1表示属于轮廓区域， p为模型预测 值， α 和γ为常参数。 8.根据权利要求1所述的湿度传感平面内湿度分布的分析方法， 其特征在于， 获取数据 集并进行 预处理， 包括： 建立有限元模型， 根据湿阻效应曲线设置有限元模型各网格的 电导率值， 模拟实验条 件生成大规模的电压数据样本以及对应的湿度分布图， 得到模拟数据集； 采集真实环境中柔性湿度传感单元的边界电压， 并制作其对应的湿度分布图， 得到实 验数据集。 9.根据权利要求8所述的湿度传感平面内湿度分布的分析方法， 其特征在于， 所述使用 数据集训练湿度分布成像模型， 包括： 使用模拟数据集训练湿度分布成像模型， 得到预重构模块、 编码器模块、 解码器模块、 轮廓约束分支的初始权 重； 冻结预重构模块和编码器模块的权重， 使用实验数据集进一步训练解码器模块和轮廓 约束分支， 并更新 解码器模块和轮廓 约束分支的权 重。 10.一种湿敏电子皮肤， 其特 征在于， 包括： 柔性湿度传感单 元， 包括湿度传感平面和外围测量电路； 数据采集单 元， 与外围测量电路相连接， 用于测量 边界电压数据； 湿度重构单元， 用于将边界电压数据输入根据权利要求1 ‑9任意一项所述湿度传感平 面内湿度分布的分析方法所建立的湿度分布重构模型中， 得到湿度传感平面的湿度分布位 置、 范围、 轮廓。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115078471 A 3