[发明专利]反射光谱的简洁表示

说明书

技术领域

本发明涉及材料的反射光谱的简洁表示。具体但不限于，本发明涉及多种材料的反射光谱数据的压缩、识别和比较。本发明的方面包括方法、软件、计算机系统和简洁表示本身。

背景技术

术语“光谱”描述光能量在波长的连续范围上的分布。材料的反射光谱(也称为“光谱特征”)包括从该材料反射的光的比例，其是材料的特性。

图像传感器技术的发展已使得可以对覆盖波长的宽光谱的图像数据进行采集。与三原色传感器相比，多光谱和高光谱传感器可以获得宽光谱上几百至几千个波段中以波长为索引(wavelenght-indexed)的反射率和辐射率数据。迄今为止，这些光谱采用离散的以波长为索引的测量值来获得并存储。

结果，反射光谱数据的大小取决于波长的数目或者光谱的分辨率。对于高分辨率光谱，每个特征可以由几百个值即波段组成，为了对这些值即波段进行存储，需要大的存储空间。

发明内容

在第一方面中，本发明是一种生成第一材料的反射光谱数据的简洁表示的方法，该方法包括以下步骤：

(a)接收或访问由波长值和反射率值所组成的反射光谱数据；

(b)将样条曲线插值到所述反射光谱数据，所述样条曲线具有控制点的集合、节点矢量，并将波长和反射率表示为独立参数的函数；以及

(c)从所述节点矢量中去除使所述样条曲线的参数域中的成本函数最小化的一个或多个节点。

本发明的优点在于，可以利用样条曲线的控制点的集合和节点矢量来表示反射光谱数据。样条曲线通过步骤(b)的插值被拟合到反射光谱数据以便遵守所述数据，并且步骤(c)减少了用于表示所述数据的参数的数目。以此方式，所述方法提出了反射光谱数据的简洁表示，该简洁表示通过将几千个样本可能降低到几个控制点和节点，提供了存储空间的节省。此外，压缩率与表示质量之间的折衷由步骤(c)控制。另一优点包括：控制点和节点矢量表示对于照明、噪声和场景几何的变化具有鲁棒性。

样条被用在图形和计算机辅助设计中。样条被设计并被用于表示车身和船体。这些都是被视为3D表面的自由形状的实体。反射光谱数据被理解为2D的以波长为索引的信号。因此，本发明表示关于光谱特征的几何阐释的观点中的创造性改变。

该方法可以进一步包括如下步骤：

(d)基于所述控制点集合和所述节点矢量将所述反射光谱数据显示为样条曲线。所述样条曲线可以是非均匀有理B样条曲线(NURBS)。

步骤(c)的使成本最小化可以基于反射率函数。成本函数可以由反射光谱数据与所述样条曲线之间的方差定义。也就是说，所述成本函数基于每对波长与反射率值中的反射率值与针对与该对的同一波长值对应的参数由反射率函数给定的反射率值之间的方差。以另一方式，每个波长对应于由波长函数和反射率函数都使用的独立参数。方差在独立参数的域，也称为参数域中定义。

成本函数还可以不利于大数目的节点。

波长和反射率函数可以共享基于(即同一)节点矢量的同一基函数。

步骤(c)可以进一步包括如下步骤：

(i)对候选的可去除节点的集合进行识别；

(ii)对去除每个候选节点会产生的近似成本降低进行确定；

(iii)从候选节点的集合中选择根据所述成本函数近似产生最大成本降低的第一节点；

(iv)将所述第一节点从所述节点矢量中去除；以及

(v)将波长值和反射率值的对从受所去除的第一节点的影响的位置处的所述反射光谱数据中去除。

该方法可以进一步包括如下步骤：

重复步骤(b)和(c)直到每个剩余节点的去除将产生的近似成本降低小于确定值，所述确定值例如表示进一步的节点去除将不会产生更低成本的值或节点的预定数目。

所述方法可以进一步包括如下步骤：

将波长值和反射率值的对从在步骤(c)中去除的节点的位置处的所述反射光谱数据中去除；以及

重新采样参数域中的反射光谱数据，并对重新采样的反射率数据执行步骤(b)和(c)。

步骤(c)(ii)的重复可以包括如下步骤：

通过更新由于先前节点的去除的影响所产生的每个近似成本降低，对每个候选节点的去除会产生的近似成本降低进行确定。

本发明至少一个实施例的优点在于，其将传统的插值和节点去除方法修改为最优化的程序。以此方法，插值本身对于NURBS来说不是标准的，但是修改后的插值针对拟合良好性和表示维度使表示最优。

反射光谱数据包括原光谱数据和/或光谱图像。所述数据可以由离散的样本组成。

所述数据可以从高光谱成像设备和光谱仪接收。