[发明专利]一种适应温度压强变化的气体幅射谱不变特征提取方法

说明书

技术领域

本发明属于基于谱特征的时变识别领域，具体涉及一种气体幅射谱特征提取方法。

背景技术

常规探测手段一般使用单谱段成像探测方法，在较宽的谱段上采集待识别/背景能量，此时待识别往往淹没于复杂的背景杂波之中或被干扰、伪装等隐蔽，表现为待识别信号非常微弱，信噪比、信杂比很低。然而待识别对象固有的物理、化学特性和结构等与背景、干扰、伪装等有较大差别，因此在某些谱线或较窄的谱段上，其特征会比较明显，即在这些谱线或较窄谱段上，待识别对象相对背景的信噪比、信杂比较高。通过谱指纹的提取，利用待识别在这些谱线上的独特的谱特征，可以大大提高待识别的可探测性。

对待识别、背景的多光谱信息进行有效的选择、提取、分析，并将谱信息、图像信息与时间变化信息融合起来，可实现简化系统、优化配置、优势互补，大大提高复杂条件下待识别探测、识别的可靠性。

随着波段数量的增多，待识别探测时可以根据需要选择或提取特定的波段突出待识别特征，光谱特征的选择变得更加灵活和多样。同时，光谱数据中蕴含丰富的待识别光谱知识，这些光谱知识通过不同的表现和组合方式可以转化为不同的特征，可以为待识别探测和识别提供更广泛的特征分析空间。另外，各类地物都有自己的光谱反射和辐射特性，利用不同地物的光谱特征，可以实现地物的分类和识别。因此，谱指纹特征提取成为识别研究中的重要内容。

自上世纪九十年代，国外出现了进行高光谱图像待识别检测算法理论研究的研究组，如美国马里兰大学巴尔的摩分校遥感信号和图像处理实验室的Chang组，美国麻省理工学院林肯实验室Manolakis组等等。至今，使用谱进行识别依然存在着难题(如图3所示)：谱会随待识别本体温度、压强等物理条件的改变发生变化.因此，提取谱独特的不变特征成为基于谱指纹多谱图(像)待识别与检测的重要研究内容。

发明内容

本发明的目的在于提供一种抗温度压强变化的气体幅射谱特征提取方法，为复杂条件下的识别与检测提供良好支撑。

一种基于幅射谱特征提取的气体目标识别方法，涉及用以匹配的指纹图库，谱指纹图库包含对多个参考谱分别采用一维曲率尺度空间描述方法生成的指纹图，该方法具体为：

(1)对气体目标谱采用一维曲率尺度空间描述方法生成指纹图；

(2)分别提取目标谱指纹图和指纹图库中所有参考谱指纹图的指纹特征，所述指纹特征为指纹图中拱形顶点的二维坐标值；

(3)更新参考谱指纹图R_i的所有拱形顶点的Y轴坐标值为其与高度修正参数k_i的乘积，其中，i＝1，2…，N，N为参考谱总数，为第i个参考谱指纹图的拱形顶点中最大的Y轴坐标值，为目标谱指纹图的拱形顶点中最大的Y轴坐标值；

(4)在步骤(3)更新后的参考谱指纹图中，以拱形顶点位置最接近为标准搜寻与目标谱指纹图最匹配的参考谱指纹图R_m，并记录R_m的各拱形顶点分别与其在目标谱指纹图对应的拱形顶点的二维坐标值差异，对得到的二维坐标值差异求和得到匹配代价：

(5)若步骤(4)计算得到的匹配代价小于判别阈值，则判定气体目标为R对应的气体。

进一步地，所述步骤(4)具体为：

(41)对目标谱指纹图和步骤(3)更新后的参考谱指纹图的所有拱形顶点二维坐标值分别进行归一化处理；

(42)归一化处理后，目标谱指纹图中最大Y轴坐标值的拱形顶点T_o与参考谱指纹图R_i中最大Y轴坐标值的拱形顶点构成初始节点i＝1，2…，N；

(43)计算初始节点中T_o与的二维坐标值差异标记拱形顶点T_o和

(44)从i＝1，2…，N中选出最小者其对应参考谱指纹图记为R_m；若目标谱和R_m均存在未标记拱形顶点，进入步骤(45)，若仅有目标谱或仅有参考谱指纹图R_m存在未标记拱形顶点，进入步骤(46)，若目标谱和参考谱指纹图R_m均不存在未标记拱形顶点，进入步骤(47)；

(45)分别在目标谱和参考谱指纹图R_m内未标记的拱形顶点中寻找Y轴坐标值最大的拱形顶点构成节点，计算该节点中两顶点的二维坐标值差异Δ，更新标记该节点中的两拱形顶点，返回步骤(44)；