[发明专利]一种可见近红外光谱字典的构建方法及系统

说明书

本发明提供了一种可见近红外光谱字典的构建方法及系统，属于色度学理论、光电传感器、计算信息学、目标背景特性和目标识别的交叉领域。方法为：以归一化处理后的可见光相机四原色的光谱响应曲线作为光谱基函数，构建四原色色品锥体；对光谱基函数进行加权组合，构成初始可见近红外光谱字典；基于初始可见红红外光谱字典，以不同的光谱分辨率在所述四原色色品锥体上取点进行离散化处理，形成初始可见近红外光谱字典中的字；将字对应的色度坐标聚类成不同群组，并对不同群组种类对应的多尺度光谱响应曲线进行加权组合，生成字典中的短语或句子，生成最终的可见近红外光谱字典。本发明提供的可见近红外光谱字典可支撑新型计算成谱成像光谱仪。

技术领域

本发明属于色度学理论、光电传感器、计算信息学、目标背景特性和目标识别的交叉领域，更具体地，涉及一种可见近红外光谱字典的构建方法及系统。

背景技术

现有的成像光谱仪主要包括两种体制：分光式和傅里叶干涉式；其中，分光式成像光谱仪由于体制的局限，光谱分辨率越高，时间轴上分光越细（N个谱），传感器获取的光能量低和信噪比低，探测距离就会越近。而同样条件下，傅里叶干涉成像光谱仪，因光通量大，信噪比较前者高倍；在探测距离上优于前者；但系统复杂，对全场景作傅里叶干涉成谱，计算量大，很难实时获取动态目标的光谱立方体图像。因此，它们大多用于实验室的物质光谱采集分析，而用于外场遥感也多处理静态对象，难于应对动态目标。因此上述两种体制的成像光谱仪均不适用于远距离动目标和动态现象的实时光谱获取。计算光谱成像技术需要编码感知场景和重构光谱数据两个步骤，在空间维度和光谱维度对光场的感知方式进行编码，并且对应不同的编码方式，其存在不同的光谱数据重构方式，并且现有的计算光谱成像技术，其计算光谱波段非常窄。

运动目标处在复杂的地球/空间背景中，信息稍纵即逝，仿佛大海捞针。如果载荷仅仅是被动的获取原始数据，传递数据到基站，由地面基站处理，运动目标早以转移。对于多个运动目标问题更加严重。面临无用数据海量而有用数据太少，甚至没有，同时存在过时的现象。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种可见近红外光谱字典的构建方法及系统，旨在解决现有的成像光谱仪在空间维度和光谱维度采用不同光场感知方式进行编码，存在不同的光谱数据重构方式，且现有计算光谱成像技术计算光谱波段非常窄，导致现有的成像光谱仪无法适用于远距离动目标和动态现象的实时光谱获取的问题。

为实现上述目的，一方面，本发明提供了一种可见近红外光谱字典的构建方法，包括以下步骤：

S1：以归一化处理后的可见光相机四原色的光谱响应曲线作为光谱基函数，构建四原色色品锥体；其中，四原色包括：蓝色、绿色、红色和近红外；四原色色品锥体中每个点由光谱基函数加权求和获取；

S2：基于可见光相机所获得的各种光场能量，对可见光相机的蓝、绿、红和近红外敏感元所产生不同的刺激值，形成广义的颜色视觉；对S1中可见光相机的四原色光谱响应曲线加权组合，构成初始可见近红外光谱字典；其中，加权组合可以是线性的，也可以是非线性的；

S3：以不同的光谱分辨率在所述四原色色品锥体上取点进行离散化处理，构建可见光相机的多尺度光谱曲线，形成初始可见近红外光谱字典中的字，即光谱字典中的字为色品锥体离散化后的点；其中，所述尺度大小为光谱分辨率的变化；

S4：将按照不同光谱分辨率离散生成的色度坐标聚类成不同群组，并对不同群组种类上各色度坐标对应的多尺度光谱响应曲线进行加权组合成字典中的短语或句子，添加至初始可见近红外光谱字典中，生成最终的可见近红外光谱字典；

最终的可见近红外光谱字典中的短语是由相邻的字组成，可以是色品锥体里的空间直线段，可以是色品锥体里的空间曲线段；

最终的可见近红外光谱字典中的句子则是由这些字和短语的加权组合所构成。