[发明专利]一种基于高光谱的船舶尾气测量系统及方法

权利要求书

1.一种基于高光谱的船舶尾气测量系统，其特征在于，包括高光谱数据采集模块、数据预处理模块及光谱分析模块；高光谱数据采集模块包括线扫描的高光谱相机及设有高广角镜头的普通相机；普通相机用于定位目标船舶；高光谱相机用于实时线扫描采集目标船舶尾气的光谱数据；数据预处理模块用于对采集的高光谱图像数据进行预处理；光谱分析模块用于对预处理后的高光谱图像数据进行分析处理，其内设有基于支持向量机的多维时序船舶尾气光谱分析模型，多维时序船舶尾气光谱分析模型输入目标船舶尾气的高光谱图像数据，输出尾气的成分数据；

多维时序船舶尾气光谱分析模型包括光谱维尾气光谱模型和空间维尾气光谱模型；利用高光谱数据的光谱信息存在一定的扫描时间差，先对高光谱数据进行光谱维的预识别，光谱维尾气光谱模型输入线扫描采集的高光谱图像数据，输出尾气的成分数据，等到空间维高光谱数据完全扫描完成后，依照预识别的结果筛选出一部分高光谱图像数据，并输入空间维尾气光谱模型，由空间维尾气光谱模型进一步计算尾气排放的种类、含量以及分布。

2.根据权利要求1所述的基于高光谱的船舶尾气测量系统，其特征在于，数据预处理模块包括：用于去除高光谱图像数据中的异常点的高光谱异常点处理单元，用于提高信噪比的滤波去噪单元。

3.根据权利要求2所述的基于高光谱的船舶尾气测量系统，其特征在于，滤波去噪单元包括多进制小波滤波子单元，多进制小波滤波子单元用于对船舶尾气特征光谱进行时频多尺度分解。

4.一种利用权利要求1至3任一所述的基于高光谱的船舶尾气测量系统的基于高光谱的船舶尾气测量方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一，采用普通相机在不同角度对海面上船只进行拍摄，识别并定位目标船舶；

步骤二，目标船舶定位后，将高光谱相机扫描位置设置为目标船舶上方，由高光谱相机对目标船舶的尾气进行线扫描，采集目标船舶尾气的高光谱图像数据；

步骤三，由数据预处理模块对采集的高光谱图像数据进行预处理；

步骤四，在光谱分析模块中建立基于支持向量机的多维时序船舶尾气光谱分析模型，由多维时序船舶尾气光谱分析模型获得目标船舶尾气的成分数据；

步骤四中，多维时序船舶尾气光谱分析模型包括光谱维尾气光谱模型和空间维尾气光谱模型；利用高光谱数据的光谱信息存在一定的扫描时间差，先对高光谱数据进行光谱维的预识别，光谱维尾气光谱模型输入线扫描采集的高光谱图像数据，输出尾气的成分数据，等到空间维高光谱数据完全扫描完成后，依照预识别的结果筛选出一部分高光谱图像数据，并输入空间维尾气光谱模型，由空间维尾气光谱模型进一步计算尾气排放的种类、含量以及分布。

5.根据权利要求4所述的基于高光谱的船舶尾气测量方法，其特征在于，在步骤一之前，对普通相机和高光谱相机进行标定及校正。

6.根据权利要求4所述的基于高光谱的船舶尾气测量方法，其特征在于，步骤三中，对采集的高光谱图像数据进行预处理的方法包括：去除高光谱图像数据中的异常点，对高光谱图像数据进行滤波及去噪。

7.根据权利要求6所述的基于高光谱的船舶尾气测量方法，其特征在于，去除高光谱图像数据中的异常点的方法包括：对高光谱图像数据进行一阶导数与二阶导数的数据融合，设置异常阈值，找出融合数据中大于异常阈值的异常点，将异常点用周围点的投票平均值代替。

8.根据权利要求4所述的基于高光谱的船舶尾气测量方法，其特征在于，综合光谱维尾气光谱模型和空间维尾气光谱模型的输出结果，采用权重投票方法得到综合结果。

9.根据权利要求4所述的基于高光谱的船舶尾气测量方法，其特征在于，步骤四中，建立船舶尾气高光谱图像数据的样本数据库，根据多维时序船舶尾气光谱分析模型的输出结果，对采集的船舶尾气高光谱图像数据进行分类标注并存入样本数据库。