基于有效端元集的双线性解混模型

光谱解混是用于定量分析高光谱图像中成分含量的一项重要技术方法,主要包括线性解混模型和非线性解混模型。线性解混模型构造简单,但并未考虑不同成分光子间的相互影响,导致解混结果在很多实际图像上不够精确。常用的非线性混合模型中的双线性解混算法,随着图像中端元数量增加,虚拟端元的数量也随之快速增加,计算精度受到很大的影响。论文报道改进了双线性解混的模型,并提出一种有效端元子集的选择算法。首先结合欧氏距离和光谱夹角,按照与混合像元的距离,将所有端元排序;然后利用排序结果和误差变化情况选择实际参与混合的端元子集。从而降低了未参与特定混合像元混合的端元对解混结果的影响,提高了解混精度。对模拟图像的测试效果证明了该算法可以减小光谱的重构误差,对实际航拍高光谱溢油图像的分析结果也进一步说明了算法的有效性。     

原油样品激光诱导荧光的时间分辨光谱特性研究

为探索激光诱导时间分辨荧光光谱技术应用于海洋悬浮溢油原位探测的可行性,对来自胜利油田六个不同井区不同密度的原油样品的时间分辨荧光光谱进行了探测分析。结果发现,各原油样品荧光发射的持续时间基本相同,从ICCD中数字延时发生器(DDG)的输入延时52 ns开始,到输入延时82 ns左右结束,各原油样品的荧光峰强度随时间变化曲线的半高宽约10 ns;不同原油样品的最强荧光峰位及其衰减寿命不尽相同,并且与样品密度有一定相关性,密度相近的原油具有相近的最强荧光峰位和相似的荧光寿命。对比六种原油样品的时间分辨荧光光谱发现,在荧光增强时,原油荧光光谱峰位不变,当荧光从最大强度开始衰减时,六种原油样品的荧光光谱峰位均出现了不同程度(17~30 nm)的红移现象,这一定程度上反映出原油中各荧光组分的荧光衰减速率存在差异,或者存在荧光组分之间的能量传递。所观测到的原油密度相关的时间分辨光谱信息和荧光峰红移现象可望成为水下悬浮溢油识别的有效特征之一。     

用于光谱解混的正交向量投影算法

光谱解混是高光谱技术中的关键部分,对地物成分的定量分析至关重要。线性光谱解混方法在计算端元丰度时,大多需要涉及矩阵求逆或方阵行列式的计算,导致软件实现的计算复杂度高,且硬件实现困难。同时,当端元数量增加时,算法的计算量也会随之呈指数级快速增长。论文基于传统的正交子空间投影方法,利用正交原理,提出了一种新的光谱解混方法——正交向量投影。该方法首先利用Gram-Schmidt过程计算每个端元的最终正交向量分量,并将其作为代表端元的投影向量。然后对于任意的待解混光谱向量,直接将其投影到该正交向量上。最后,计算得到投影分量的长度与正交向量的长度比,即为该正交向量所代表端元的无约束丰度。该过程避免了正交子空间投影和最小方差方法中计算复杂、实现困难的矩阵求逆运算,更便于并行计算的设计和硬件实现。通过理论的推导分析,证明了该算法与正交子空间投影和最小方差方法是完全一致的。另外,由于算法避免了矩阵相乘和求逆运算,简化了解混过程,通过对不同算法复杂度的具体分析,也证明该算法相对其他算法可以对端元数量降低一个量级。最后,在模拟数据和实际图像上分别进行实验测试,结果的分析和比较,也说明了算法的有效性。     

基于光谱曲线响应特性的油膜厚度估计模型分析

如今,海上溢油事故频发,如何对溢油的油量进行估计,是一个重要课题。如果可以得到溢油量,那么对后续的处理以及损失的评估都会有较大的帮助。高光谱遥感技术的快速发展使对油膜厚度的定量估计成为可能。采用AvaSpec光谱仪测量不同厚度的油膜,然后对得到的光谱曲线的多种曲线特征进行提取,分析其与油膜厚度之间的关系。结果表明,油膜厚度与基于高光谱位置变量的Rg和Ro、三角植被指数的RDVI和TVI以及Haboudane关系式相关性较大。分别采用曲线拟合、BP神经网络和基于SVD的迭代方法建立油膜曲线特征与油膜厚度之间的预测关系,并以此对不同的油膜光谱曲线进行油膜厚度估计,对得到的结果进行精度检测和运行时间分析,最终得出对每个估计模型的分析评价。