[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

说明书

本发明公开一种基于图片光谱相似度的水体物质组分检测计算方法，包括：1）分别提取对照水体和待检测水体的光谱特征；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；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，判断待检测水体的物质组分。本发明通过比较光谱的特征图片，计算特征图片间的相似性，相比于直接使用光谱数据比较，计算结果精度更高。

技术领域

本发明涉及水质监测技术领域。具体而言，涉及一种基于图片光谱相似度的水体物质组分检测计算方法。

背景技术

水是人类赖以生存的资源，人类的生产和发展与水密不可分。近年来，社会飞速发展，工业化和城市化进程不断加快，水环境合理开发利用的压力越来越大，水污染事件时有发生，影响了工业生产，甚至危及饮用水水源的水质安全保障。为了保证水安全，建立水质预警系统是一种有效的水质监测方式，而水质预警技术的基础在于水质检测，即通过检测技术快速、在线判断水中是否有污染物，然后根据异常检测结果对数据做进一步的分析，确定污染物类别。在水质监测中光谱法具有设备简单，检测速度快，无需试剂，灵敏度高等特点，已广泛应用于水质检测与水污染检测。

目前，光谱的比较主要将两条光谱曲线进行比较，传统的光谱相似性度量方法主要用欧氏距离、相关系数、光谱角等计算两个光谱之间的大小或形状。

然而，光谱法容易受到干扰，存在谱峰重叠的现象等，因此直接用光谱数据比较误差较大。针对此问题，本发明提供一种基于图片光谱相似度的水体物质组分检测计算方法。

发明内容

本发明正是基于现有技术的上述需求而提出的，本发明针对光谱法容易受到干扰，存在谱峰重叠的现象，导致光谱数据比较误差较大的问题，提供一种基于图片光谱相似度的水体物质组分检测计算方法。

为了解决上述问题，本发明是采用如下技术方案实现的：

一种基于图片光谱相似度的水体物质组分检测计算方法，该方法包括：

1）分别提取对照水体和待检测水体的光谱特征；

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；

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，判断待检测水体的物质组分。

通过将光谱的特征用图片的形式进行展现，比较光谱的特征图片，计算特征图片间的相似性，作为光谱的相似性。相比于直接使用光谱数据比较，图片更加稳定，不存在谱峰重叠的现象，计算结果的精度更高。

可选地，步骤1）中，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。

通过微分，原始光谱中每段相邻波长都对应一个光谱导数特征频域信息，将全部相邻波长的微分特征转化为频域数据图片，以提高识别的精度。

可选地，步骤2）中，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。

通过小波变换，能够建立与光谱导数特征频域信息之间的联系，使提取得到的水基因特征信息更加全面，提高物质组分检测的准确率。

可选地，步骤4）中，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；