一種提高亮溫光譜中非目標特征抑制能力的方法及系統技術方案

本發明專利技術公開一種提高亮溫光譜中非目標特征抑制能力的方法及系統，方法包括：設置理論光譜的猜值參數；根據猜值參數構建理論光譜；通過普朗克變換將理論光譜轉換為理論亮溫光譜；通過輻射定標將實測的紅外光譜轉換為亮溫光譜，得到實測亮溫光譜；根據實測亮溫光譜與理論亮溫光譜的差異構建代價函數；利用最優化估計方法，計算使代價函數的值減小的函數梯度方向，使理論亮溫光譜與實測亮溫光譜的差異減??；當代價函數值小于閾值時，利用對應的非目標成分的猜值參數重構非目標成分的光譜；實測亮溫光譜中除去非目標成分的光譜。該方法及系統能夠有效從亮溫譜中減少或扣除大氣中氣體成分的干擾，拓展了光譜遙感技術應用。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及光譜分析領域，特別是涉及一種提高亮溫光譜中非目標特征抑制能力的方法及系統。
技術介紹
傳統的光譜遙測采用分別采集實測光譜和背景光譜方法，然后做差的方法，來扣除光譜中非目標組分的干擾。然而多數情況下，純凈的背景光譜是難以獲得的，限制了光譜遙測技術的應用。由于常規地物溫度、發射率較為均勻，亮溫譜基線較平直，可以較方便的扣除，無需提前采集純凈背景。但在路徑較長的情況下，亮溫光譜中會包含顯著的大氣的氣體特征造成的干擾，影響目標成分的提取和識別。因此，如何從亮溫譜中減少或扣除大氣中氣體成分的干擾，是拓展光譜遙感技術應用需要解決的重要問題。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種提高亮溫光譜中非目標特征抑制能力的方法及系統。為實現上述目的，本專利技術提供了如下方案：一種提高亮溫光譜中非目標特征抑制能力的方法，包括：設置理論光譜的猜值參數；所述理論光譜的構成中包括非目標成分的光譜和目標成分的光譜；所述猜值參數為光譜中各種氣體成分的參數，包括非目標成分的猜值參數和目標成分的猜值參數；所述非目標成分為背景成分；所述目標成分為被測物成分；所述非目標成分包括的氣體類型和所述目標成分包括的氣體類型是已知的；根據所述猜值參數構建理論光譜；通過普朗克變換將所述理論光譜轉換為理論亮溫光譜；通過輻射定標將實測的紅外光譜轉換為亮溫光譜，得到實測亮溫光譜；根據所述實測亮溫光譜與所述理論亮溫光譜的差異構建代價函數；利用最優化估計方法，計算使所述代價函數的值減小的函數梯度方向，使所述理論亮溫光譜與所述實測亮溫光譜的差異減??；當所述代價函數值小于閾值時，利用對應的非目標成分的猜值參數重構非目標成分的光譜；從所述實測亮溫光譜中除去所述非目標成分的光譜。可選的，所述根據所述猜值參數構建理論光譜，具體包括：根據輻射傳輸理論，通過檢索分子吸收線數據庫或利用逐線積分，得到各種氣體成分的吸收截面；根據所述各種氣體成分的吸收截面和猜值參數計算出各種氣體成分的吸收系數；根據所述各種氣體成分的吸收系數計算理論光譜的氣體特征；根據所述氣體特征構建理論光譜的前向模型；根據所述前向模型構建理論光譜?？蛇x的，其特征在于，所述代價函數為：所述實測亮溫光譜與所述理論亮溫光譜的差異等于所述實測亮溫光譜和所述理論亮溫光譜中各種氣體成分光譜之差的平方和。可選的，利用最優化估計方法，計算使所述代價函數值減小的梯度方向，使所述理論亮溫光譜與所述實測亮溫光譜的差異減小，具體包括：通過逐個擾動所述理論光譜的猜值參數，得到使所述代價函數值減小的函數梯度方向；沿所述函數梯度方向修改所述理論光譜的猜值參數，使所述理論亮溫光譜與所述實測亮溫光譜的差異減小。本申請還公開了一種提高亮溫光譜中非目標特征抑制能力的系統，包括：實測光譜模塊、理論光譜模塊、代價函數模塊、重構模塊和抑制模塊；所述實測光譜模塊用于通過輻射定標將實測的紅外光譜轉換為亮溫光譜，得到實測亮溫光譜；所述理論光譜模塊用于設置理論光譜的猜值參數；所述理論光譜的構成中包括非目標成分的光譜和目標成分的光譜；所述猜值參數為光譜中各種氣體成分的參數，包括非目標成分的猜值參數和目標成分的猜值參數；所述非目標成分為背景成分；所述目標成分為被測物成分；所述非目標成分包括的氣體類型和所述目標成分包括的氣體類型是已知的；根據所述猜值參數構建理論光譜；通過普朗克變換將所述理論光譜轉換為理論亮溫光譜；所述代價函數模塊用于根據所述實測亮溫光譜與所述理論亮溫光譜的差異構建代價函數；所述重構模塊用于利用最優化估計方法，計算使所述代價函數的值減小的函數梯度方向，使所述理論亮溫光譜與所述實測亮溫光譜的差異減小；當所述代價函數值小于閾值時，利用對應的非目標成分的猜值參數重構非目標成分的光譜；所述抑制模塊用于從所述實測亮溫光譜中除去所述非目標成分的光譜?？蛇x的，所述理論光譜模塊用于根據所述猜值參數構建理論光譜，具體包括：根據輻射傳輸理論，通過檢索分子吸收線數據庫或利用逐線積分，得到各種氣體成分的吸收截面；根據所述各種氣體成分的吸收截面和猜值參數計算出各種氣體成分的吸收系數；根據所述各種氣體成分的吸收系數計算理論光譜的氣體特征；根據所述氣體特征構建理論光譜的前向模型；根據所述前向模型構建理論光譜。可選的，所述代價函數為：所述實測亮溫光譜與所述理論亮溫光譜的差異等于所述實測亮溫光譜和所述理論亮溫光譜中各種氣體成分光譜之差的平方和?？蛇x的，所述所述重構模塊用于利用最優化估計方法，計算使所述代價函數的值減小的函數梯度方向，使所述理論亮溫光譜與所述實測亮溫光譜的差異減小，具體包括：通過逐個擾動所述理論光譜的猜值參數，得到使所述代價函數值減小的函數梯度方向；沿所述函數梯度方向修改所述理論光譜的猜值參數，使所述理論亮溫光譜與所述實測亮溫光譜的差異減小。根據本專利技術提供的具體實施例，本專利技術公開了以下技術效果：本專利技術通過對光譜成分進行估計的方法計算出光譜的非目標成分并將非目標成分去除，實成功提取出光譜中的目標成分。由于不同的成分的吸收系數是不一樣的，對光譜造成的影響也是獨特的，因此，使得該方法能夠更加準確估計出光譜中的非目標成分和目標成分。同時，本專利技術的技術方案擴展了光譜遙感技術的應用范圍。附圖說明為了更清楚地說明本專利技術實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本專利技術的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。圖1為本專利技術一種提高亮溫光譜中非目標特征抑制能力的方法實施例方法流程圖；圖2為采用本專利技術的一種提高亮溫光譜中非目標特征抑制能力的方法后實施例非目標特征抑制結果對比圖；圖3為本專利技術一種提高亮溫光譜中非目標特征抑制能力的系統實施例系統結構圖。具體實施方式下面將結合本專利技術實施例中的附圖，對本專利技術實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本專利技術一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒緦＠夹g中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本專利技術保護的范圍。本專利技術的目的是提供一種提高亮溫光譜中非目標特征抑制能力的方法及系統。為使本專利技術的上述目的、特征和優點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖和具體實施方式對本專利技術作進一步詳細的說明。圖1為本專利技術一種提高亮溫光譜中非目標特征抑制能力的方法實施例方法流程圖。參見圖1，一種提高亮溫光譜中非目標特征抑制能力的方法，包括：步驟101，設置理論光譜的猜值參數；所述理論光譜的構成中包括非目標成分的光譜和目標成分的光譜；所述猜值參數為光譜中各種氣體成分的參數，包括非目標成分的猜值參數和目標成分的猜值參數；所述非目標成分為背景成分；所述目標成分為被測物成分；所述非目標成分包括的氣體類型和所述目標成分的包括氣體類型是已知的；所述猜值參數x0是根據所述實測亮溫光譜對光譜中各種氣體成分的濃度、程長等參數進行估計得到的：x0=[xtar,xint,xH2O,xCO2,xO3,...],]]>其中xtar為目標成分的猜值參數；xint為非目標成分中的干擾成分的猜值參數；為非目標成分中的大氣氣體成分的猜值參數。所述猜值參數不僅包括本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種提高亮溫光譜中非目標特征抑制能力的方法，其特征在于，包括：設置理論光譜的猜值參數；所述理論光譜的構成中包括非目標成分的光譜和目標成分的光譜；所述猜值參數為光譜中各種氣體成分的參數，包括非目標成分的猜值參數和目標成分的猜值參數；所述非目標成分為背景成分；所述目標成分為被測物成分；所述非目標成分包括的氣體類型和所述目標成分的包括氣體類型是已知的；根據所述猜值參數構建理論光譜；通過普朗克變換將所述理論光譜轉換為理論亮溫光譜；通過輻射定標將實測的紅外光譜轉換為亮溫光譜，得到實測亮溫光譜；根據所述實測亮溫光譜與所述理論亮溫光譜的差異構建代價函數；利用最優化估計方法，計算使所述代價函數的值減小的函數梯度方向，使所述理論亮溫光譜與所述實測亮溫光譜的差異減??；當所述代價函數值小于閾值時，利用對應的非目標成分的猜值參數重構非目標成分的光譜；從所述實測亮溫光譜中除去所述非目標成分的光譜。

【技術特征摘要】
1.一種提高亮溫光譜中非目標特征抑制能力的方法，其特征在于，包括：設置理論光譜的猜值參數；所述理論光譜的構成中包括非目標成分的光譜和目標成分的光譜；所述猜值參數為光譜中各種氣體成分的參數，包括非目標成分的猜值參數和目標成分的猜值參數；所述非目標成分為背景成分；所述目標成分為被測物成分；所述非目標成分包括的氣體類型和所述目標成分的包括氣體類型是已知的；根據所述猜值參數構建理論光譜；通過普朗克變換將所述理論光譜轉換為理論亮溫光譜；通過輻射定標將實測的紅外光譜轉換為亮溫光譜，得到實測亮溫光譜；根據所述實測亮溫光譜與所述理論亮溫光譜的差異構建代價函數；利用最優化估計方法，計算使所述代價函數的值減小的函數梯度方向，使所述理論亮溫光譜與所述實測亮溫光譜的差異減?。划斔龃鷥r函數值小于閾值時，利用對應的非目標成分的猜值參數重構非目標成分的光譜；從所述實測亮溫光譜中除去所述非目標成分的光譜。2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述根據所述猜值參數構建理論光譜，具體包括：根據輻射傳輸理論，通過檢索分子吸收線數據庫或利用逐線積分，得到各種氣體成分的吸收截面；根據所述各種氣體成分的吸收截面和猜值參數計算出各種氣體成分的吸收系數；根據所述各種氣體成分的吸收系數計算理論光譜的氣體特征；根據所述氣體特征構建理論光譜的前向模型；根據所述前向模型構建理論光譜。3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述代價函數為：所述實測亮溫光譜與所述理論亮溫光譜的差異等于所述實測亮溫光譜和所述理論亮溫光譜中各種氣體成分光譜之差的平方和。4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，利用最優化估計方法，計算使所述代價函數值減小的梯度方向，使所述理論亮溫光譜與所述實測亮溫光譜的差異減小，具體包括：通過逐個擾動所述理論光譜的猜值參數，得到使所述代價函數值減小的函數梯度方向；沿所述函數梯度方向修改所述理論光譜的猜值參數，使所述理論亮溫光譜與所述實測亮溫光譜的差異減小。5.一種提高亮溫光譜中非目標特征抑制能力的系統，其特征在于，包括：實測光譜模塊、理論光譜模塊、代價函數...

【專利技術屬性】
技術研發人員：吳軍，崔方曉，李大成，劉家祥，方勇華，
申請(專利權)人：中國科學院合肥物質科學研究院，
類型：發明
國別省市：安徽;34