[发明专利]一种目标与背景时空光谱相似度分析系统及方法

说明书

本发明公开了一种目标与背景时空光谱相似度分析系统及方法，包括：光谱预处理模块、光谱特征提取模块、时空变化规律分析模块、相似度分析模块；目标和背景光谱经光谱预处理模块处理后传输至光谱特征提取模块；光谱特征提取模块对光谱进行特征提取并量化差异，然后传输到时空变化规律分析模块，时空变化规律分析模块分析光谱特征差异随时空变化规律，并将变化规律传输到相似度分析模块；相似度分析模块结合特征差异随时空变化规律，为各个特征分配权重，综合得到一个相似度值，对光谱相似度进行评级。本发明考虑了时间维和空间维变化对光谱特征的影响，结合化规律对光谱特征进行权重分配，实现将传统静态光谱特征扩展到动态场景的分析系统及方法。

技术领域

本发明属于光谱分析技术领域，涉及一种目标与背景时空光谱相似度分析系统及方法，特别是一种动态时空下的目标与背景时空光谱相似度分析系统及方法。

背景技术

得益于在光谱维度的高分辨率，高光谱成像技术有着强大的目标检测能力，其能对目标和背景从可见光到红外波段高分辨率成像，得到目标和背景的完整且连续的光谱曲线，使得目标与背景在光谱上的微小差别也能被感知，但这只是针对静态的高光谱图像而言，当目标和背景随着时间发生改变时，高光谱检测技术能否依然取得较好的效果，需要对时空动态的高光谱探测技术进行研究。

而动态的高光谱探测技术的基础是对目标和背景的时空光谱一致性进行分析，即能够动态提取目标和背景的光谱特征，并量化表示，且能分析光谱特征随时间、空间的动态变化规律。现阶段的光谱特征提取方法大多针对于静态的目标或物体，如提取宝石的光谱特征进行宝石鉴别，提取药物的光谱特征进行药物成分分析，提取地物的光谱特征进行矿物勘测等等，虽然这些应用场景多种多样，但研究的目标大多是静止的、固定的，没有涉及时间和空间维度的动态变化。

要解决时空动态变化时的目标和背景光谱相似度分析问题，不仅要考虑目标和背景的光谱特征差异，还需要考虑时空变化对目标和背景光谱特征差异的影响，如何将两者有效的结合起来对于时空动态的高光谱探测技术的发展是一个亟待解决的技术问题。

发明内容

针对上述现有技术，本发明要解决的技术问题是提供一种动态时空下的目标与背景时空光谱相似度分析系统及方法，该方法可以分析光谱特征随时间、空间的变化规律，并结合规律给出综合的相似度判断。

为解决上述技术问题，本发明的一种目标与背景时空光谱相似度分析系统，包括光谱预处理模块、光谱特征提取模块、时空变化规律分析模块、相似度分析模块；

将目标光谱和背景光谱输入至光谱预处理模块进行预处理后传输至光谱特征提取模块；

光谱特征提取模块分别提取目标和背景的光谱特征并量化差异，提取光谱特征数量为n，同时记录目标的时间和空间位置信息，得到每个光谱特征对应的目标和背景的[特征差异，时间，位置]的数据向量并输入到时空变化规律分析模块；

时空变化规律分析模块记录一段时间内输入的[特征差异，时间，位置]向量，将所述向量分别投影到特征差异—时间、特征差异—经度、特征差异—纬度坐标系，采用拟合回归的方式分别拟合得到每个光谱特征对应的特征差异—时间、特征差异—经度和特征差异—纬度回归曲线；分别对回归曲线求导得到第i个光谱特征随时间的变化率k_ti、随经度的变化率k_lngi和随纬度的变化率k_lati，i＝1,2,…,n，将每个光谱特征随时空变化的量化规律k_ti、k_lngi、k_lati，i＝1,2,…,n，输入到相似度分析模块；

相似度分析模块根据k_ti、k_lngi、k_lati，i＝1,2,…,n，为输入的每个光谱特征的特征差异值分配权重，根据分配的权重w_i对全部光谱特征的特征差异值进行加权求和，得到综合差异值Δ，根据加权差异值的大小对目标与背景的相似度进行分级，输出相似度分析结果。