[发明专利]一种基于吸收峰特征的高光谱曲线匹配方法

权利要求书

1.一种基于吸收峰特征的高光谱曲线匹配方法，其特征在于该匹配方法包括以下步骤：

步骤一，基于光谱特征参量的光谱匹配：

1)从实验光谱库中提取某物质的光谱反射曲线，进行包络线去除和归一化处理；

2)提取待测光谱反射曲线的特征参量即吸收波峰位置P、吸收深度H、吸收宽度W及吸收对称度S、面积M、变化率V，组成光谱特征参量矩阵M＝[P,H,W,K,S,M,V]，M的维数是光谱吸收峰的个数；

3)提取标准光谱库的光谱特征参量矩阵N，计算待测物质光谱矩阵M和标准物质矩阵N的匹配程度，用矩阵的相似度计算矩阵的匹配；

步骤二，对光谱特征参量矩阵的选择：

选择方法的具体实现步骤如下：

A、设标准光谱特征矩阵M＝[m₁,m₂,…m_i]^T,待测光谱特征矩阵N＝[n₁,n₂,…n_j]^T，i为标准光谱吸收峰个数，j为待测光谱吸收峰个数，吸收峰位置表明了该种物质在特定波长的吸收情况，是最能表征光谱的特征，将其当作匹配的重要参量，

B、假设M矩阵的维数小，取矩阵维数小的矩阵的第一行向量m₁，分别计算m₁与待测光谱特征矩阵N的向量n₁,n₂,…n_j的夹角余弦与欧氏距离的联合距离D₁₁,D₁₂…D_1j；向量联合距离最小值为D_1k，即m₁和n_k的距离最接近，

C、由步骤B求出的第k个向量作为与N中最匹配的向量，现计算n_k与标准光谱特征矩阵M的行向量m₁,m₂,…m_i的向量联合距离，分别记为D_k1,D_k2…D_ki，取其中的最小值的D_kh；即n_k和m_h的距离最小，

D、若h＝1，即联合距离为D_k1，由于D_k1＝D_1k；所以与n_k距离最小的向量为m₁；若h≠1，由吸收位置为第一权重特征参量分析，下一步比较m₁和m_h的吸收位置与n_k的距离和的大小，把与n_k的距离最接近的吸收峰为最匹配的吸收峰，

E、取出M和N中的已匹配的向量，M和N剩余的矩阵为：

当m₁和n_k匹配时，

当m_h和n_k匹配时，

F、重复步骤B～D，直到维数小的矩阵的所有向量在维数大的向量中得到最匹配的向量，按照匹配的顺序组成新的矩阵则为降维后的矩阵，矩阵维数为δ，

δ＝(i,j)_min (9)；

G、标准光谱和待测光谱吸收峰个数在经过本选择方法后达到统一，而且每个相对应的向量也是夹角最小的向量，特征参量矩阵的维数也相同；

步骤三，根据选择后的吸收峰特征参量矩阵进行光谱匹配。

2.根据权利要求1所述的基于吸收峰特征的高光谱曲线匹配方法，其特征在于所述步骤一的第3)步中矩阵相似度匹配方法如下：

设C^m×n表示m×n矩阵全体，若A,B∈C^m×n，定义矩阵内积为:<A,B>＝tr(B^TA),由此内积导出范数||·||为公式：

||A||＝<A,A>^1/2 (1)

其中tr(·)表示矩阵主对角线元素之和；

因A,B为实数矩阵，则符合Canchy-Schwartz不等式，即公式(2)：

|<A,B>|≤||A||·||B|| (2)

当且仅当A与B完全线性相关，等式|<A,B>|＝||A||·||B||成立，定义公式(3)：

其中θ定义为两个矩阵的夹角，cosθ作为衡量两个矩阵A,B相似性依据，其值域为[-1,1]，若设r＝cosθ，若θ＝90°时，r＝0，两个矩阵没有相关性，当θ＝0时，r＝1，此时两个矩阵相似性最好。