一種植被光譜特征吸收峰自動識別方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明屬于一種植被光譜識別方法，具體涉及一種植被光譜特征吸收峰自動識別 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 光合作用是植被賴以生存的關(guān)鍵，在其主導(dǎo)下，植被光譜通常呈現(xiàn)一系列的特征 吸收譜帶，如表征色素吸收的可見光波段反射率特性，表征細胞結(jié)構(gòu)的近紅外波段反射率 特性，表征水汽吸收的短波紅外光譜波段反射率特性，而光譜曲線吸收峰包涵豐富的光譜 吸收特征信息，從中可提取各種植被的定性、定量以及成分信息。因而識別植被光合作用特 征吸收譜帶上的吸收峰，提取其光譜吸收特征信息，不僅可使植被在光譜反射曲線上有效 地與其他地物相區(qū)別，而且還能成為區(qū)分植被類型、長勢及估算生物量的依據(jù)。
[0003] 高光譜測量儀器的光譜分辨率已達到納米(nm)數(shù)量級，其光譜通道數(shù)多達數(shù)十甚 至數(shù)百，它的這種獨特性已經(jīng)被成功地應(yīng)用在植被、地礦、環(huán)境、資源等多個領(lǐng)域，特別是在 植被研究領(lǐng)域中植被分類及其各項生化參數(shù)反演的應(yīng)用更為廣泛，高光譜技術(shù)獲取的連續(xù) 的精細光譜濃縮了植被冠層結(jié)構(gòu)和生化參量，為精細化地挖掘植被光譜特征信息提供了可 能和條件。
[0004] 利用光譜遙感技術(shù)，識別光譜反射曲線特征吸收峰，已成為表達植被光譜吸收特 征細節(jié)信息的重要途徑。但由于植被光譜的同質(zhì)多象、類質(zhì)同象等現(xiàn)象，使得植被光譜特征 識別存在很多不確定性，尤其光譜曲線吸收峰的識別以目視解譯為主，易產(chǎn)生誤判與漏判 現(xiàn)象，很大程度上影響了對植被光譜曲線吸收特征細節(jié)信息的準(zhǔn)確提取，進而影響植被分 類及其重要生化參量估測的準(zhǔn)確性。因此，很有必要改進植被光譜特征吸收峰的識別關(guān)鍵 技術(shù)方法，尋求一種客觀有效的光譜吸收峰自動識別方法，提高植被光譜特征識別的準(zhǔn)確 率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種植被光譜特征吸收峰自動識別方法，該方法綜合運用微 分法與包絡(luò)線去除法進行植被光譜曲線特征吸收峰的自動識別，能夠克服目前植被光譜特 征吸收峰識別過程中吸收峰位置與吸收強度難以準(zhǔn)確識別的缺陷，提高植被光譜特征識別 的準(zhǔn)確率與直觀性。
[0006] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了以下技術(shù)方案：
[0007] -種植被光譜特征吸收峰自動識別方法，其特征在于，該方法包括如下步驟：
[00081 譜曲線進行前置處理，對原始光譜曲線波段上各采樣點按 公式 卜算其二階微分量，從而得到二階微分曲線，并利用二階微 分曲線對原始光譜曲線進行去噪預(yù)處理，其中代表波段上第i個采樣點的波長;R,代表波 段上第i個采樣點的原始光譜反射率；SDR,代表波段上第i個采樣點的二階微分，i = l， 2......N，N為樣本點數(shù)，即二階微分曲線在波段上的總點數(shù)；
[0009] (2)、對噪音去除后的光譜曲線去包絡(luò)線處理，得到去包絡(luò)線光譜曲線；
[0010] (3 )、微分法遍歷去包絡(luò)線光譜曲線的吸收峰峰值點及其左右肩；
[0011] (4)、吸收峰吸收特征強度計算。
[0012] 所述步驟(1)具體包括以下步驟：
[0013]如果二階微分曲線在波段上某采樣點的數(shù)值小于或等于反射率，即SDRi^Rn則該 采樣點為真實曲線所經(jīng)過的點(λ:，!^)，將其保留；反之，如果該采樣點的值大于反射率，即 SDRORi，則為噪聲，將其去掉;對于波段上保留的采樣點進行平滑操作，根據(jù)下式重新計算 波段上保留的采樣點的反射率，
[0014] 其中，w是窗口選擇的點的個數(shù)，N是樣本點數(shù)，即二階微分曲線在波段上的總點 數(shù)。
[0015] 所述步驟(2)具體包括以下步驟：
[0016] 設(shè)所述步驟(1)中去噪預(yù)處理后得到的心組成數(shù)組吣，i = 1，2......N；
[0017] 波段上的采樣點波長組成數(shù)組Μ，i = 1，2......N;
[0018] A. i 加入到包絡(luò)線節(jié)點表中；
[0019] B.求新的包絡(luò)節(jié)點，如i = N，則結(jié)束，否則j : = i+1;
[0020] C.連接i，j ;檢查(i，j)直線與反射率曲線的交點，如果j =N則結(jié)束，將Rj，λ」加入到 包絡(luò)線節(jié)點表中，否則：
[0021] a.m： = j+1 ；
[0022] b.如果m=N貝lj完成檢查，j是包絡(luò)線上的點，將Rj，Aj加入到包絡(luò)線的節(jié)點表中，i = j轉(zhuǎn)到B;
[0023] c.否則，求i，]_與\的交點Rlm;
[0024] d.如果Rm<Rlm，貝lj j不是包絡(luò)線上的點，j : = j+1轉(zhuǎn)到B;如果Rm < ，j與光譜 曲線最多有一個交點，m: =m+l，轉(zhuǎn)到b;
[0025] D.得到光譜曲線的包絡(luò)線節(jié)點后，將相鄰的節(jié)點用直線段依次相連，求出1,4 = 1,2......N所對應(yīng)的折線段上的點的函數(shù)值hi，i = 1，2......N，從而得到該光譜曲線的包 絡(luò)線，顯然有Ri<hi;
[0026] E.對求出的包絡(luò)線按公式' =f i = 1，2......N對光譜曲線進行包絡(luò)線消除。
[0027]所述步驟(3)中具體包括以下步驟：
[0028]對步驟(2)中去包絡(luò)線后的光譜曲線波段上各采樣點按公式： 計 算其一階微分量，其中代表波段上第i個采樣點的波長;代表波段上第i個采樣點的去 包絡(luò)線曲線光譜反射率;FDR、代表波段上第i個采樣點的一階微分，i = l，2......N，N為樣 本點數(shù)，如果FDR ' i = 0，表示波段上第i個采樣點為極值點，在極值點附近FDRi ' -!<0并且 FDR'i+i>0，那么，第i個采樣點為極小值點，記為吸收峰峰值點Μ;反之，如果在極值點附近 FDR' i-!>0并且H)R ' i+1<0，那么，第i個采樣點為極大值點，在吸收峰峰值點Μ右側(cè)的極大值 點為吸收峰的右肩Si，在吸收峰峰值點Μ左側(cè)的極大值點為吸收峰的左肩&。
[0029]所述步驟(4)中具體包括以下步驟：
[0030]在已知吸收峰峰值點Μ與光譜吸收的兩個肩部S1和S2的情況下，計算兩個肩部S1 和S2連接的線段L，計算線段L在峰值點Μ位置的反射率，記為Lm，然后根據(jù)公式：￡·Μ 計算峰值點為Μ的吸收峰吸收強度εΜ，其中Rm為在峰值點Μ位置的反射率，其值越低，表示吸 收峰的吸收特征越明顯。
[0031] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明綜合運用微分法與包絡(luò)線去除法進 行植被光譜曲線特征吸收峰的自動識別，由于微分法可以增強光譜曲線在坡度上的細微變 化，通過微分法對產(chǎn)生噪聲的光譜曲線進行噪聲去除處理，獲取平滑的光譜曲線，同時，能 夠保證吸收峰位置不發(fā)生變化；由于葉綠素光合有效輻射吸收率的光譜特征常表現(xiàn)為弱吸 收信號，采用包絡(luò)線去除法將反射波譜歸一化，這樣可以在同一基準(zhǔn)線上對比吸收特征，從 而擴大原始反射光譜中由光合作用引起的吸收特征微小變化，放大吸收峰的形態(tài)特征，去 包絡(luò)化后的光譜曲線有明顯的波峰和波谷特征;再運用微分法遍歷全部吸收峰并計算其吸 收特征強度。
[0032] 該方法識別光譜吸收峰簡練、可控制度高、運算效率高，解決了從事植被光譜特征 研究的工作者在識別植被光譜曲線吸收峰位置與吸收特征強度時的誤判、漏判問題，有效 提高了植被高光譜特征吸收峰識別的準(zhǔn)確性和直觀性，進而為植被重要生化參量的精確估 測提供了條件。
【附圖說明】
[0033]圖1為本發(fā)明所提供的流程圖；
[0034] 圖2為本發(fā)明所提供原始光譜曲線圖；
[0035] 圖3為本發(fā)明所提供的吸收峰結(jié)構(gòu)圖；
[0036]圖4為本發(fā)明所提供的植被樣本光譜特征吸收峰識別效果圖。
【具體實施方式】
[0037] 下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。
[0038] 如圖1所示，一種植被光譜特征吸收峰自動識別方法，包括如下步驟：
[0039] (1)、以微分法對原始光譜曲線進行前置處理，對原始光譜曲線波段上各采樣點按 公式：
計算其二階微分量，從而得到二階微分曲線，并利用二階微 分曲線對原始光譜曲線進行去噪預(yù)處理，其中代表波段上第i個采樣點的波長;R,代表波 段上第i個采樣點的原始光譜反射率；SDK代表波段上第i個采樣點的二階微分，i = l， 2......N，N為樣本點數(shù)，即二階微分曲線在波段上的總點數(shù)；
[0040] 如果二階微分曲線在波段上某采樣點的數(shù)值小于或等于反射率，即SDRi^Rn則該 采樣點為真實曲線所經(jīng)過的點(λ:，!^)，將其保留；反之，如果該采樣點的值大于反射率，即 SDRORi，則為噪聲，將其去掉;對于波段上保留的采樣點進行平滑操作，根據(jù)下式重新計算 波段上保留的采樣點的反射率：
[0041]其中，w是窗口選擇的點的個數(shù)，N是樣本點數(shù)，即二階微分曲線在波段上的總點 數(shù)。
[0042] (2)、對噪音去除后的光譜曲線去包絡(luò)線處理，得到去包絡(luò)線光譜曲線；
[0043] 設(shè)所述步驟(1)中去噪預(yù)處理后得到的心組成數(shù)組吣，i = 1，2......N；
[0044] 波段上的采樣點波長組成數(shù)組Μ，i = 1，2......N;
[0045] A. i :=1，將辦山加入到包絡(luò)線節(jié)點表中；
[0046] B.求新的包絡(luò)節(jié)點，如i =N，則結(jié)束，否則j