CN110631999A - 一种色散型光谱仪软件*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种色散型光谱仪软件***，包括：用户界面，用户在此部分可以实现与***的直接交互，选择所要进行的操作和处理；功能操作模块，是***的主要组成部分，用户也能在此基础上开发其他特定的处理功能；数据部分，用于接待处理的文件数据、光谱仪相关参数设置、算法选择、典型地物光谱选择，评价结构参数输出，与***内部的功能操作模块进行交互；本发明的软件***方便直观的分析色散型光谱仪运动成像退化机理和高精度实时校正效果，将运动成像退化、复原校正和质量评价等各部分的理论集中起来，方便快捷的服务于实践。
Description
技术领域
本发明涉及色散型光谱仪，具体涉及一种色散型光谱仪软件***。
背景技术
目前，色散型成像光谱仪技术经历了数十年的发展，已经在理论和方法上取得了很多的成果。近年来，随着高分辨力对地观测技术的发展和光谱成像质量要求的提高，平台的复杂运动误差是导致光谱图像退化和高精度复原校正技术成为了新的研究热点。截止到目前为止，国内尚未出现专业的基于卫星平台运动的光谱仪成像光谱退化、复原校正及质量评价于一体的***软件。因此，亟需建立一套***软件，集成现有的高光谱数据处理技术和图像复原技术，开发具有结构合理、功能完善、性能稳定，体系开放的软件***，逐步建立快速、流程化的高光谱高精度复原校正处理平台，提高高光谱数据的精度，加快高光谱数据的实际应用进程。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种色散型光谱仪软件***。
本发明采用的技术方案是：一种色散型光谱仪软件***，包括：
用户界面，用户在此部分可以实现与***的直接交互，选择所要进行的操作和处理；
功能操作模块，是***的主要组成部分，用户也能在此基础上开发其他特定的处理功能；
数据部分，用于接待处理的文件数据、光谱仪相关参数设置、算法选择、典型地物光谱选择，评价结构参数输出，与***内部的功能操作模块进行交互；
所述功能操作模块包括场景模拟模块、光谱仪运动成像模块、光谱数据退化模块、光谱数据复原模块、数据质量评价模块、数据综合管理模块。
进一步地，所述场景模拟模块主要功能是数据读取，读入需要处理的数据，能实现光谱数据立方体生成和数据载入功能。
更进一步地，所述光谱仪运动成像模块用以对光谱仪进行运动成像处理。
更进一步地，所述光谱数据运动退化模块能实现光谱数据的若干种运动模式退化，包含匀速退化、谐波振动退化、随机振动退化；对退化后的光谱数据的空间图像质量和光谱质量进行评价，得到平台振动对光谱数据立方体畸变的一般规律；
退化仿真模块部分包括仿真参数设定和退化仿真两个菜单项；
仿真参数设定包括成像参数设定模块和姿态参数设定模块以及姿态振动曲线显示模块, 成像参数设定模块包括***焦距、像元尺寸、轨道高度和曝光时间四个单元；
姿态参数设定模块能选择三种振动模式：匀速直线运动、正弦振动和随机振动，还能对应于各个模式分别设定姿态参数；设定完成像参数和姿态参数后点击产生姿态数据按钮就能将三姿态对应的俯仰、侧滚和偏航的振动曲线显示出来；
仿真参数设定模块界面上所设定的这些姿态数据被传输到主界面中，再在主界面中点击退化仿真模块能把姿态参数传递到退化仿真模块界面上，点击退化仿真模块按钮能根据仿真的姿态数据对主界面中的光谱图像数据进行退化仿真；
点击退化后波段图像显示下的树节点，能显示所选波段的退化地物单色图像，右击图像即可保存图像，点击退化图像上的任意点即可在弹出的退化光谱曲线对比界面上显示出原始光谱和退化光谱，红色为退化后的光谱，从图中可以直观的看出退化光谱的畸变程度，也可以在左下角的退化光谱对比显示板块中设定特定点来观察退化光谱。
更进一步地，所述光谱数据复原模块将需要复原校正的光谱数据读取之后，点击主界面上的退化校正菜单项，即能弹出退化校正界面；
该校正***包括了维纳滤波、L-R、神经网络和混沌遗传这些高光谱图像复原校正算法，用户在校正方法选栏选择所需要的方法，然后点击校正按钮即可进行复原校正，校正结果将显示为各波段的树形结构视图，点击树节点即可在右侧区域中观看到所选择的波段图像；点击地物图像的任意点即可查看该点的光谱，包括原始光谱、退化光谱和复原光谱，可以很直观的看出复原光谱相比于退化光谱是否有明显的改善，与原始光谱是否相近；用户还能根据自己的需要，加载自己的复原校正算法，与软件***里已有的算法进行比较分析；
在界面的右下角区域设置指定坐标点的位置，点击显示光谱曲线按钮能显示指定点的光谱曲线。
更进一步地，所述数据质量评价模块读取待评价的高光谱数据立方体，若采用有参评价，还应该读取原始高光谱数据；
在软件的主界面上设置了质量评价主菜单，并在其下拉菜单里设有两个子菜单项：图像维质量评价和光谱维质量评价；
能同时在界面上打开参考图像和待评价图像，评价指标设有参评价和无参评价两个板块，分别选取了均方误差、峰值信噪比、灰度平均梯度以及拉普拉斯算子等评价指标，通过点击各个按钮即可计算出指标的值，点击保存数据菜单项即可保存指标数值到文本文件中，点击清除数据即可重新载入数据并重新计算；用户能通过比较计算出的质量评价值，判断图像质量好坏，也可以加载另外的图像质量评价指标，与已有的指标进行比较分析；
光谱维质量评价界面能分别加载原始光谱、退化光谱和复原光谱数据，默认格式为文本文件，列出了光谱均方误差、光谱信息散度、相对均方误差和光谱相关系数等几项评价指标；得到的评价数据能通过点击保存数据菜单项保存为文本文档；同理，用户也能根据自己的需要，加载自己编写的光谱质量评价方法，与***已有的评价指标进行对比分析。
本发明的优点：
本发明的软件***方便直观的分析色散型光谱仪运动成像退化机理和高精度实时校正效果，将运动成像退化、复原校正和质量评价等各部分的理论集中起来，方便快捷的的服务于实践，为集色散型光谱仪成像退化、复原校正和质量评价于一体的软件***。
根据卫星平台的振动参数，快捷直观的给出退化仿真光谱数据并能给出图像和光谱质量评价结果；
提供多种光谱数据复原校正算法供参考比较，能更快捷方便的找到最佳光谱数据复原算法；
光谱仪***设计时，一些主要的参数难以确定，可以仿真不同的状态，比较确定最佳参数；4)为卫星平台减振提供参考依据。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1是本发明的色散型光谱仪软件***结构框图；
图2是本发明的色散型光谱仪软件***的基本操作流程图；
图3是本发明的色散型光谱仪软件***的光谱数据类型图；
图4是本发明的色散型光谱仪软件***的光谱数据格式转化图；
图5是本发明的色散型光谱仪软件***的光谱数据退化模块的数据流程图；
图6是本发明的色散型光谱仪软件***的光谱数据复原模块的数据流程图；
图7是本发明的色散型光谱仪软件***的光谱数据质量评价数据流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参考图1至图7，如图1至图7所示，一种色散型光谱仪软件***，包括：
用户界面，用户在此部分可以实现与***的直接交互，选择所要进行的操作和处理；
功能操作模块，是***的主要组成部分，用户也能在此基础上开发其他特定的处理功能；
数据部分，用于接待处理的文件数据、光谱仪相关参数设置、算法选择、典型地物光谱选择，评价结构参数输出，与***内部的功能操作模块进行交互；
所述功能操作模块包括场景模拟模块、光谱仪运动成像模块、光谱数据退化模块、光谱数据复原模块、数据质量评价模块、数据综合管理模块。
所述场景模拟模块主要功能是数据读取，读入需要处理的数据，在“文件”菜单下完成，能实现光谱数据立方体生成和数据载入功能。
数据的来源主要有三种类型，一种是实际的彩色图像，利用太阳光谱作为辐射源，产生光谱数据立方体；一种是***里已经保存好的库图光谱立方体；还有一种是用户想要处理的光谱数据立方体和使用已有的光谱数据立方体，
所述光谱仪运动成像模块用以对光谱仪进行运动成像处理。
所述光谱数据运动退化模块能实现光谱数据的若干种运动模式退化，包含匀速退化、谐波振动退化（高频和低频）、随机振动退化等。对退化后的光谱数据的空间图像质量和光谱质量进行评价，得到平台振动对光谱数据立方体畸变的一般规律。
退化仿真模块部分包括“仿真参数设定”和“退化仿真”两个菜单项；
“仿真参数设定”包括“成像参数设定”和“姿态参数设定”以及“姿态振动曲线显示”三个模块, “成像参数设定”部分包括***焦距、像元尺寸、轨道高度和曝光时间四项。“姿态参数”可以选择三种振动模式：匀速直线运动、正弦振动和随机振动，还可以对应于各个模式分别设定姿态参数。设定完成像参数和姿态参数后点击“产生姿态数据”按钮就可以将三姿态——俯仰、侧滚和偏航的振动曲线显示出来，
“仿真参数设定”界面上所设定的这些姿态数据被传输到主界面中，再在主界面中点击“退化仿真”菜单项即可把姿态参数传递到“退化仿真”界面上，点击“退化仿真”按钮即可根据仿真的姿态数据对主界面中的光谱图像数据进行退化仿真；
点击“退化后波段图像显示”下的树节点，即可显示所选波段的退化地物单色图像，右击图像即可保存图像，点击退化图像上的任意点即可在弹出的“退化光谱曲线对比”界面上显示出原始光谱和退化光谱，红色为退化后的光谱，从图中可以直观的看出退化光谱的畸变程度，也可以在左下角的退化光谱对比显示板块中设定特定点来观察退化光谱，
所述光谱数据复原模块将需要复原校正的光谱数据读取之后，点击主界面上的“退化校正”菜单项，即可弹出 “退化校正”界面。该校正***包括了维纳滤波、L-R、神经网络和混沌遗传等多种高光谱图像复原校正算法，用户在“校正方法选择”栏选择所需要的方法，然后点击“校正”按钮即可进行复原校正，校正结果将显示为各波段的树形结构视图，点击树节点即可在右侧区域中观看到所选择的波段图像。点击地物图像的任意点即可查看该点的光谱，包括原始光谱（黑色线）、退化光谱（红色线）和复原光谱（蓝色线），可以很直观的看出复原光谱相比于退化光谱是否有明显的改善，与原始光谱是否相近。用户还可以根据自己的需要，加载自己的复原校正算法，与软件***里已有的算法进行比较分析。
在界面的右下角区域设置指定坐标点的位置，点击“显示光谱曲线”按钮就可以显示指定点的光谱曲线
所述数据质量评价模块读取待评价的高光谱数据立方体，若采用有参评价，还应该读取原始高光谱数据。
在软件的主界面上设置了“质量评价”主菜单，并在其下拉菜单里设有两个子菜单项：“图像维质量评价”和“光谱维质量评价”。
图像维质量评价界面可以同时在界面上打开参考图像和待评价图像，评价指标设有“有参评价”和“无参评价”两个板块，分别选取了均方误差、峰值信噪比、灰度平均梯度以及拉普拉斯算子等评价指标，通过点击各个按钮即可计算出指标的值，点击“保存数据”菜单项即可保存指标数值到“.txt”文件中，点击“清除数据”即可重新载入数据并重新计算。用户可以通过比较计算出的质量评价值，判断图像质量好坏，也可以加载另外的图像质量评价指标，与已有的指标进行比较分析。
光谱维质量评价界面能分别加载原始光谱、退化光谱和复原光谱数据，默认格式为“.txt”，列出了光谱均方误差、光谱信息散度、相对均方误差和光谱相关系数等几项评价指标。得到的评价数据可以通过点击“保存数据”菜单项保存为“.txt”文档。同理，用户也可以根据自己的需要，加载自己编写的光谱质量评价方法，与***已有的评价指标进行对比分析。
本发明使用C#语言，基于windows form编写色散型成像光谱仪***软件界面，其使用方式与用户熟悉的操作***相似，界面风格一致，操作方便舒适，实时的为用户提供当前任务的进行状态信息，易于用户使用。
本发明为一套集色散型光谱仪光谱成像退化、复原校正和质量评价于一体的示范软件***，鉴于Matlab强大的图像数据处理功能和C#窗体结构的界面编写的高度灵活性与方便性，本***采用C#和Matlab混合模式进行编制。
本发明该软件包含色散型成像光谱仪各种运动成像退化，用户可以自行设计光谱仪的各种参数、选择运动退化模型或者输入卫星平台姿态参数，就能得到退化的光谱数据立方体，列入了部分高光谱图像复原算法和多种高光谱图像和光谱质量评价指标，供用户复原和分析高光谱数据。
本发明的软件***方便直观的分析色散型光谱仪运动成像退化机理和高精度实时校正效果，将运动成像退化、复原校正和质量评价等各部分的理论集中起来，方便快捷的的服务于实践，为集色散型光谱仪成像退化、复原校正和质量评价于一体的软件***。
根据卫星平台的振动参数，快捷直观的给出退化仿真光谱数据并能给出图像和光谱质量评价结果；
提供多种光谱数据复原校正算法供参考比较，能更快捷方便的找到最佳光谱数据复原算法；
光谱仪***设计时，一些主要的参数难以确定，可以仿真不同的状态，比较确定最佳参数；4)为卫星平台减振提供参考依据。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种色散型光谱仪软件***，其特征在于，包括：
用户界面，用户在此部分可以实现与***的直接交互，选择所要进行的操作和处理；
功能操作模块，是***的主要组成部分，用户也能在此基础上开发其他特定的处理功能；
数据部分，用于接待处理的文件数据、光谱仪相关参数设置、算法选择、典型地物光谱选择，评价结构参数输出，与***内部的功能操作模块进行交互；
所述功能操作模块包括场景模拟模块、光谱仪运动成像模块、光谱数据退化模块、光谱数据复原模块、数据质量评价模块、数据综合管理模块。
2.根据权利要求1所述的色散型光谱仪软件***，其特征在于，所述
场景模拟模块主要功能是数据读取，读入需要处理的数据，能实现光谱数据立方体生成和数据载入功能。
3.根据权利要求1所述的色散型光谱仪软件***，其特征在于，所述
光谱仪运动成像模块用以对光谱仪进行运动成像处理。
4.根据权利要求1所述的色散型光谱仪软件***，其特征在于，所述
光谱数据运动退化模块能实现光谱数据的若干种运动模式退化，包含匀速退化、谐波振动退化、随机振动退化；对退化后的光谱数据的空间图像质量和光谱质量进行评价，得到平台振动对光谱数据立方体畸变的一般规律；
退化仿真模块部分包括仿真参数设定和退化仿真两个菜单项；
仿真参数设定包括成像参数设定模块和姿态参数设定模块以及姿态振动曲线显示模块, 成像参数设定模块包括***焦距、像元尺寸、轨道高度和曝光时间四个单元；
姿态参数设定模块能选择三种振动模式：匀速直线运动、正弦振动和随机振动，还能对应于各个模式分别设定姿态参数；设定完成像参数和姿态参数后点击产生姿态数据按钮就能将三姿态对应的俯仰、侧滚和偏航的振动曲线显示出来；
仿真参数设定模块界面上所设定的这些姿态数据被传输到主界面中，再在主界面中点击退化仿真模块能把姿态参数传递到退化仿真模块界面上，点击退化仿真模块按钮能根据仿真的姿态数据对主界面中的光谱图像数据进行退化仿真；
点击退化后波段图像显示下的树节点，能显示所选波段的退化地物单色图像，右击图像即可保存图像，点击退化图像上的任意点即可在弹出的退化光谱曲线对比界面上显示出原始光谱和退化光谱，红色为退化后的光谱，从图中可以直观的看出退化光谱的畸变程度，也可以在左下角的退化光谱对比显示板块中设定特定点来观察退化光谱。
5.根据权利要求1所述的色散型光谱仪软件***，其特征在于，所述
光谱数据复原模块将需要复原校正的光谱数据读取之后，点击主界面上的退化校正菜单项，即能弹出退化校正界面；
该校正***包括了维纳滤波、L-R、神经网络和混沌遗传这些高光谱图像复原校正算法，用户在校正方法选栏选择所需要的方法，然后点击校正按钮即可进行复原校正，校正结果将显示为各波段的树形结构视图，点击树节点即可在右侧区域中观看到所选择的波段图像；点击地物图像的任意点即可查看该点的光谱，包括原始光谱、退化光谱和复原光谱，可以很直观的看出复原光谱相比于退化光谱是否有明显的改善，与原始光谱是否相近；用户还能根据自己的需要，加载自己的复原校正算法，与软件***里已有的算法进行比较分析；
在界面的右下角区域设置指定坐标点的位置，点击显示光谱曲线按钮能显示指定点的光谱曲线。
6.根据权利要求1所述的色散型光谱仪软件***，其特征在于，所述
数据质量评价模块读取待评价的高光谱数据立方体，若采用有参评价，还应该读取原始高光谱数据；
在软件的主界面上设置了质量评价主菜单，并在其下拉菜单里设有两个子菜单项：图像维质量评价和光谱维质量评价；
能同时在界面上打开参考图像和待评价图像，评价指标设有参评价和无参评价两个板块，分别选取了均方误差、峰值信噪比、灰度平均梯度以及拉普拉斯算子等评价指标，通过点击各个按钮即可计算出指标的值，点击保存数据菜单项即可保存指标数值到文本文件中，点击清除数据即可重新载入数据并重新计算；用户能通过比较计算出的质量评价值，判断图像质量好坏，也可以加载另外的图像质量评价指标，与已有的指标进行比较分析；
光谱维质量评价界面能分别加载原始光谱、退化光谱和复原光谱数据，默认格式为文本文件，列出了光谱均方误差、光谱信息散度、相对均方误差和光谱相关系数等几项评价指标；得到的评价数据能通过点击保存数据菜单项保存为文本文档；同理，用户也能根据自己的需要，加载自己编写的光谱质量评价方法，与***已有的评价指标进行对比分析。
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