[发明专利]一种基于图片光谱相似度的水体物质组分检测计算方法

权利要求书

1.一种基于图片光谱相似度的水体污染物检测计算方法，其特征在于，包括：

1）分别提取对照水体和待检测水体的光谱特征，具体过程包括：获取待检测水体和对照水体的原始光谱；对所述原始光谱中吸光度进行波长微分计算，提取出光谱导数特征频域信息；

2）根据所述光谱特征分别获取对照水体频域信息和待检测水体频域信息，具体过程包括：根据所述光谱导数特征频域信息，对原始光谱利用小波函数进行连续小波变换，获得对照水体频域信息和待检测水体频域信息；

3）根据所述对照水体频域信息和所述待检测水体频域信息分别生成频域数据图片；

4）比较所述待检测水体的频域数据图片与所述对照水体的频域数据图片，计算频域数据图片间的相似性，判断待检测水体的污染物，具体过程包括：

将所述频域数据图片压缩变换为32*32的矩阵，对所述32*32的矩阵进行DCT计算，得到系数矩阵；提取所述系数矩阵中的最低频率，得到缩小后8*8的系数矩阵，计算所述缩小后8*8的系数矩阵的平均值；

根据平均值，利用哈希算法对所述缩小后8*8的系数矩阵进行编码，生成哈希序列；

根据所述哈希序列，计算所述待检测水体与所述对照水体的频域数据图片相似度值；

根据所述待检测水体与所述对照水体的相似度值，确定所述待检测水体的污染物。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取待检测水体和对照水体的原始光谱，包括：利用光谱仪采集光源发出的光通过空气、待检测水体和对照水体的光照强度，根据朗伯比尔定律对所述光照强度处理，得到所述待检测水体和对照水体中污染物对应的吸收光谱数据集；所述吸收光谱数据集至少包括一条光谱数据，所述光谱数据由从200纳米至710纳米，间隔为2nm的波长对应的吸光度组成。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述光谱仪使用前，进行多级零点校准，得到零点校准模型；

根据所述零点校准模型和朗伯比尔定律计算得到吸光度，其公式为

其中，Abs表示吸光度，I_参为参比光强，I_测为测量光强，h（I_参，I_参0）为参比光强的零点校准参数，h（I_测，I_测0）为测量光强的零点校准参数。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，通过对光谱数据进行预处理提取所述光谱特征，所述预处理包括：

对所述光谱数据进行SG平滑处理，得到平滑后的光谱值；

将所述平滑后的光谱值减去所述光谱数据中最小的吸光度值，得到常数偏移量消除后的光谱数据；

对所述常数偏移量消除后的光谱数据进行归一化处理。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，对光谱数据中波长进行一阶导数，其公式为：

f(t) = diff(xi)

其中，xi为第i条预处理后的光谱数据，diff()为一阶差分，t为波长。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述小波变换的公式为：

其中，f(t)表示第i条光谱数据一阶差分的结果；a为尺度因子，τ为反映位移，ψ_a,t(t)为基小波函数；WT_f(a,t)为水基因特征，表示为一个m*n的矩阵，n为光谱。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述根据平均值，利用哈希算法对所述缩小后8*8的系数矩阵进行编码，生成哈希序列，包括：根据缩小后8*8的系数矩阵，设置0或1的64位的哈希值，依此对所述哈希值与进行比较，若大于等于，则将所述哈希值设为1，否则设为0；组合后形成哈希序列；

所述根据所述哈希序列，计算所述待检测水体与所述对照水体的频域数据图片相似度值，包括：统计待检测水体对应的哈希序列，分别与所述对照水体对应的哈希序列的不同位的个数；若个数为0，则相似度值为0，表示所述待检测水体与对照水体的相似度高；若个数小于5，则相似度值小于5，表示相似度较高；若个数大于10，则相似度值大于10，表示完全不同。