一種目標光譜匹配方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種目標光譜匹配方法，特別是涉及一種具有更高的取值范圍，具有 更強的抗噪性能的目標光譜匹配方法。
【背景技術】
[0002] 光譜匹配是指將參考光譜與具有相同波段數量和對應波段波長的測試（目標）光 譜進行比較，用計算數值表示測試光譜與參考光譜的相似程度或者差異。匹配計算的結果 數值越大表示測試光譜與參考光譜的相似程度越大，其差異也就越小。光譜匹配常用來判 定與測試光譜對應的目標中所包含的與參考光譜對應物質含量的大小。通常使用的光譜匹 配方法包括光譜角度匹配和光譜相似度匹配。
[0003] 光譜角度匹配把目標光譜看作多維矢量，計算兩光譜向量之間的廣義夾角余弦 值，數值越大，夾角就越小，光譜相似程度越大。其數值范圍限定在0?1之間。光譜相似 度匹配把目標光譜看作二維隨機變量數列，計算兩光譜數列之間的相關系數，其數值范圍 限定在-1?1之間，絕對數值越大，光譜相關性越大。
[0004] 現有光譜匹配方法對噪聲比較敏感，要求數據有比較高的信噪比。現有匹配方法 的計算過程是非線性的，缺乏直觀性。由于目標光譜數據都是大于0的正數值，在數學上， 即使兩個毫不相關的光譜，其光譜角計算數值都比較大，進一步縮小了正確數據的取值范 圍。光譜相似度匹配方法在計算光譜相關系數時，忽略了光譜均值是光譜數據的重要特征 這一事實，其取值范圍小于〇的部分從判定物質含量的角度來說沒有實際意義。
[0005] 因此亟需提供一種新型的目標光譜匹配方法。
【發明內容】
[0006] 本發明要解決的技術問題是提供一種具有更高的取值范圍，具有更強的抗噪性能 的目標光譜匹配方法。
[0007] 為解決上述技術問題，本發明一種目標光譜匹配方法，依次包括以下步驟：
[0008] 第一步、獲得參考光譜A={ai,a2, ? ? ?，an|ai彡0,iG1，......n}T,其中，ai為參考光 譜A的光譜數值，n為參考光譜的波段數；測試光譜B的波段數與參考光譜的波段數相同；
[0009] 第二步、建立矢量 c2，…，cn|Ci關 0,cfCi,iG1，......n}T,q為實數恒值；
[0010] 第三步、構建線性方程系數矩陣M;
[0011] M = |A c|或
[0012] M = |c A| ;
[0013] 第四步、建立線性方程組；
[0014] Mx=B；
[0015] 第五步、求解線性方程組；
[0016] x= (MtM) _1MtB；
[0017] 對應于A的解為測試光譜B中參考光譜的含量，或者為測試光譜與參考光譜的相 似程度；
[0018] 對應于C的解為測試光譜B中包含的噪聲均值和系統固定偏差。
[0019] Ci=l〇
[0020] 利用最小二乘法求解線性方程組。
[0021] 本發明的技術效果如下：
[0022] ⑴本發明的計算結果與常用光譜匹配方法如光譜角度匹配和光譜相似度匹配方 法相比，沒有取值范圍限定，取值根據參考光譜在目標光譜中的含量大小線性變化。
[0023] ⑵噪聲的均值通常比較小，在本發明計算過程中，計算中應用的是噪聲的均值而 不是其平方和，因此，與光譜角度匹配和光譜波形匹配方法相比，具有更強的抗噪性能，且 計算結果不受高斯噪聲的影響；
[0024] ⑶本發明在計算中引入固定常數項C來表達系統固定偏差，與光譜角度匹配算法 相比，計算結果不受系統固定測量偏差的影響。
【具體實施方式】
[0025] 本發明依次包括以下步驟：
[0026] 第一步、獲得參考光譜A={ai,a2, ? ? ?，an|ai彡0,iG1，......n}T,其中，ai為參考光 譜A的光譜數值，n為參考光譜的波段數；測試光譜B的波段數與參考光譜的波段數相同；
[0027] 第二步、建立矢量CHcdc2, ? ? ?，cn|q關 0,cfCi,iG1，......n}T,q為實數恒值， 優選Ci=l;
[0028] 第三步、構建線性方程系數矩陣M;
[0029] M>|AC| 或
[0030] M=|CA| ;
[0031] 第四步、建立線性方程組；
[0032] Mx=B ；
[0033] 第五步、利用最小二乘法求解線性方程組，求解線性方程組；
[0034] x= (MtM)_1MtB ；
[0035] 對應于A的解為測試光譜B中參考光譜的含量，或者為測試光譜與參考光譜的相 似程度；
[0036] 對應于C的解為測試光譜B中包含的噪聲均值和系統固定偏差。
【主權項】
1. 一種目標光譜匹配方法，依次包括以下步驟： 第一步、獲得參考光譜A={ana2, ? ? ?，an|ai彡0,iG1，......n}T,其中，ai為參考光譜A 的光譜數值，n為參考光譜的波段數；測試光譜B的波段數與參考光譜的波段數相同； 第二步、建立矢量CHcnc2, ? ? ?，cn|q關0,cecniG1，......n}T,q為實數恒值； 第三步、構建線性方程系數矩陣M;
第四步、建立線性方程組； Mx=B； 第五步、求解線性方程組；x= (MtM) _1MtB； 對應于A的解為測試光譜B中參考光譜的含量，或者為測試光譜與參考光譜的相似程 度； 對應于C的解為測試光譜B中包含的噪聲均值和系統固定偏差。
2. 根據權利要求1所述的一種目標光譜匹配方法，其特征在于：所述Ci=l。
3. 根據權利要求1所述的一種目標光譜匹配方法，其特征在于：利用最小二乘法求解 線性方程組。
【專利摘要】本發明涉及一種目標光譜匹配方法，依次包括：一、獲得參考光譜A={a1,a2,...,an|ai≥0,i∈1,……n}T，其中，ai為參考光譜A的光譜數值，n為參考光譜的波段數；測試光譜B的波段數與參考光譜的波段數相同；二、建立矢量C={c1,c2,...,new string[]("CN|ci≠0,ci=c1,i∈1,……n}T，ci為實數恒值；三、構建線性方程系數矩陣M；或四、建立線性方程組；Mx=B；五、求解線性方程組；x=(MTM)-1MTB； 對應于A的解為測試光譜B中參考光譜的含量，或者為測試光譜與參考光譜的相似程度；對應于C的解為測試光譜B中包含的噪聲均值和系統固定偏差。本發明的計 算結果沒有取值范圍限定，取值根據參考光譜在目標光譜中的含量大小線性變化，在本發明具有更強的抗噪性能，且計算結果不受高斯噪聲的影響。
【IPC分類】G06K9-64
【公開號】CN104573732
【申請號】CN201310491837
【發明人】朱黎江
【申請人】核工業北京地質研究院
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2013年10月18日