[发明专利]多目标光纤光谱减天光处理方法

说明书

本发明涉及一种多目标光纤光谱减天光处理方法，包括：设计适合减天光的NMF+S方法；光谱预处理；选取天光光谱采样矩阵；4.提取天光光谱发射线采样矩阵；提取目标光谱发射线采样矩阵；对天光光谱发射线采样矩阵做NMF+S分解；重建天光光谱；完成减天光处理。本发明主要应用于处理通过多目标光纤光谱望远镜的光学系统及CCD相机获得的光纤光谱图像的数据处理流程中的核心步骤，可提高减天光的精度，进而提高整个光纤光谱数据处理流程的精度和可靠性。

技术领域

本发明属于光纤光谱图像和数据处理领域，特别涉及一种多目标光纤光谱减天光处理方法。

背景技术

减天光是多目标光纤光谱数据处理流程中的核心步骤，其算法精确度对整个光谱数据处理系统起着决定性作用。天光光谱主要由连续谱和发射线构成，减天光的残差过大主要是由天光发射线造成的。需要针对天光谱特点研究并提出高精度的减天光方法。一维的B样条曲线拟合算法和PCA算法是目前国际上公认的以及各大多目标光纤光谱数据处理系统中通用的精度较高的减天光算法。例如国内的LAMOST系统、国外的SDSS望远镜的APOGEE系统、AAT望远镜的GAMA系统等。但是这种一维的减天光算法先进行抽谱处理，在这个由二维数据还原为一维数据的过程中，破坏了二维光谱空间和波长两个方向之间的相关性，也不符合二维光谱数据的形成过程。我们在此基础上提出了基于二维模型的减天光方法，在进行减天光处理后再进行抽谱处理，进一步提高减天光的精度以及整个数据处理流程的精确度。

在天光光谱图像中，同一根天光光谱的波长方向和空间方向都含有天光的重要信息，波长方向突出表现天光发射线对应的波长位置，而对于空间方向来说，距离空间方向轮廓的中心位置不同的波长方向的切片，其流量值以及信噪比有较大的差异，可以充分利用空间方向的信号与噪声之间的关系，提取更加准确的天光信息来建立天光模型。利用二维模型的减天光算法对二维目标光谱进行减天光处理，将减天光处理步骤放置于抽谱步骤之前，也符合光谱数据的形成原理。因此设计基于二维模型的减天光方法是必要的。

已经提出的二维天光建模方法有基于B样条曲线拟合算法的二维减天光方法。采用B样条拟合法进行二维天光建模的减天光处理方法耗时太大，不适于天文台实际工作中的大量数据处理。

针对上述问题，我们充分利用天光的波长和空间两个方向的光谱信息和特征，提出了基于稀疏约束的非负矩阵分解(Nonnegative Matrix Factorization withSparsity,NMF+S)的减天光方法,并建立基于NMF+S方法的二维天光模型，实现减天光的二维算法，有效提高减天光处理的精度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于二维模型的光谱数据处理方法，用于解决上述现有技术的问题。

本发明一种基于二维模型的光谱数据处理方法，其中，包括：

光谱预处理，分别对天光和目标光谱进行光纤效率校正，将每一根光谱的每一个空间方向的切片都插值到统一的波长坐标上，插值后的坐标包含光谱中波长的最小值到波长的最大值，等间距排列，坐标长度为波长方向像素点个数；

选取天光光谱采样矩阵S，包括：

将空间和波长两个方向所含有的光谱信息都利用起来用于天光的建模，并在沿空间方向的切片中选取靠近轮廓中心位置的高质量光谱分量，去除距离空间方向轮廓中心较远的易受噪声干扰的采样点；

对n条长度为M的天光谱，选取每根天光光纤空间方向坐标为靠近空间方向轮廓中心点附近的d个点，作为采样的切片光谱数据，组成天光光谱采样矩阵s；

提取天光光谱发射线采样矩阵

把天光光谱s中的天光发射线与连续光谱分开，组成天光光谱发射线采样矩阵

提取目标光谱发射线采样矩阵

对目标光谱o得到目标光谱的天光发射线部分和连续谱部分其中