Способ спектрального согласования сравнивает спектральную сигнатуру каждого пикселя в гиперспектральном кубе данных с эталонной спектральной сигнатурой для растительности из файла спектра ECOSTRESS.

Прочитайте спектральную сигнатуру растительности из спектральной библиотеки ECOSTRESS.

fileroot = matlabshared.supportpkg.getSupportPackageRoot();
filename = fullfile(fileroot,'toolbox','images','supportpackages','hyperspectral','hyperdata',...
               'ECOSTRESSSpectraFiles','vegetation.tree.tsuga.canadensis.vswir.tsca-1-47.ucsb.asd.spectrum.txt');
libData = readEcostressSig(filename);

Считывание гиперспектральных данных в рабочую область.

hcube = hypercube('paviaU.hdr');

Вычисляют оценки расстояния спектра пикселей гиперспектральных данных относительно опорного спектра.

score = spectralMatch(libData,hcube);

Отображение показателей расстояния. Пиксели с низкими показателями расстояния сильнее соответствуют эталонному спектру и с большей вероятностью относятся к области растительности.

figure
imagesc(score)
colorbar

Определение порога для определения показателей расстояния, соответствующих области растительности.

threshold = 0.3;

Создание двоичного изображения путем назначения значения интенсивности 1 для пикселов с результатом меньше заданного порога. Другим областям присваивается значение интенсивности 0. Области максимальной интенсивности в двоичном изображении соответствуют областям растительности в гиперспектральном кубе данных.

bw = score < threshold;

Сегментируйте области растительности гиперспектрального куба данных, используя индексы областей максимальной интенсивности в двоичном изображении.

T = reshape(hcube.DataCube,[size(hcube.DataCube,1)*size(hcube.DataCube,2) size(hcube.DataCube,3)]);
Ts = zeros(size(T));
Ts(bw == 1,:) = T( bw==1 ,:);
Ts = reshape(Ts,[size(hcube.DataCube,1) size(hcube.DataCube,2) size(hcube.DataCube,3)]);

. Создание нового hypercube объект, содержащий только сегментированные области растительности.

segmentedDataCube = hypercube(Ts,hcube.Wavelength);

Оцените цветное изображение RGB исходного куба данных и сегментированного куба данных с помощью colorize функция.

rgbImg = colorize(hcube,'Method','rgb','ContrastStretching',true);
segmentedImg = colorize(segmentedDataCube,'Method','rgb','ContrastStretching',true);

Наложение двоичного изображения на RGB-версию исходного куба данных с помощью imoverlay функция.

B = imoverlay(rgbImg,bw,'Yellow');

Отображение цветных изображений RGB исходного куба данных и сегментированного куба данных вместе с наложенным изображением. Сегментированное изображение содержит только области растительности, которые сегментированы от исходного куба данных.

figure
montage({rgbImg segmentedImg B},'Size',[1 3])
title(['Original Image | ' 'Segmented Image | ' 'Overlayed Image'])

Считывание эталонных спектральных сигнатур из спектральной библиотеки ECOSTRESS. Библиотека состоит из 15 спектральных подписей, принадлежащих искусственным материалам, почве, воде, растительности. Выходные данные представляют собой структурный массив, в котором хранятся спектральные данные, считанные из файлов библиотеки ECOSTRESS.

fileroot = matlabshared.supportpkg.getSupportPackageRoot();
dirname = fullfile(fileroot,'toolbox','images','supportpackages','hyperspectral','hyperdata','ECOSTRESSSpectraFiles');
libData = readEcostressSig(dirname);

Загрузить a .mat файл, содержащий коэффициент отражения и значения длины волны неизвестного материала в рабочем пространстве. Отражательная способность и значения длин волн вместе составляют тестовый спектр.

load spectralData 'reflectance' 'wavelength'

Вычисляют спектральное соответствие между опорным спектром и тестовым спектром с использованием метода спектральной дивергенции информации (SID). Функция вычисляет оценку расстояния только для тех эталонных спектров, которые имеют перекрытие полосы пропускания с тестовым спектром. Функция отображает предупреждающее сообщение для всех других спектров.

score = spectralMatch(libData,reflectance,wavelength,'Method','SID');

Warning: Unable to find overlapping wavelengths between test spectra and library signature number 8

Warning: Unable to find overlapping wavelengths between test spectra and library signature number 9

Warning: Unable to find overlapping wavelengths between test spectra and library signature number 11

Отображение показателей расстояния тестового спектра. Пиксели с более низкими оценками расстояния сильнее соответствуют эталонному спектру. Значение оценки расстояния NaN указывает, что соответствующий опорный спектр и тестовый спектр не соответствуют пороговому значению полосы пропускания перекрытия.

score

score = 1×15

  297.8016  122.5567  203.5864  103.3351  288.7747  275.5321  294.2341       NaN       NaN  290.4887       NaN  299.5762  171.6919   46.2072  176.6637

Найдите минимальный балл расстояния и соответствующий индекс. Возвращенное значение индекса указывает строку массива структуры libData который содержит эталонный спектр, который наиболее точно соответствует тестовому спектру.

[value,ind] = min(score);

Найдите совпадающий опорный спектр с помощью индекса минимального значения расстояния и просмотрите подробные данные совпадающих спектральных данных в библиотеке ECOSTRESS. Результат показывает, что спектр испытаний наиболее близко совпадает со спектральной характеристикой морской воды.

matchingSpectra = libData(ind)

matchingSpectra = struct with fields:
                     Name: "Sea Foam"
                     Type: "Water"
                    Class: "Sea Water"
                 SubClass: "none"
             ParticleSize: "Liquid"
                    Genus: [0×0 string]
                  Species: [0×0 string]
                 SampleNo: "seafoam"
                    Owner: "Dept. of Earth and Planetary Science, John Hopkins University"
          WavelengthRange: "TIR"
                   Origin: "JHU IR Spectroscopy Lab."
           CollectionDate: "N/A"
              Description: "Sea foam water. Original filename FOAM Original ASTER Spectral Library name was jhu.becknic.water.sea.none.liquid.seafoam.spectrum.txt"
              Measurement: "Directional (10 Degree) Hemispherical Reflectance"
              FirstColumn: "X"
             SecondColumn: "Y"
           WavelengthUnit: "micrometer"
                 DataUnit: "Reflectance (percent)"
              FirstXValue: "14.0112"
               LastXValue: "2.0795"
          NumberOfXValues: "2110"
    AdditionalInformation: "none"
               Wavelength: [2110×1 double]
              Reflectance: [2110×1 double]

Постройте график значений отражательной способности тестового спектра и соответствующего эталонного спектра. Для построения графика и визуализации формы кривых отражательной способности масштабируйте значения отражательной способности до диапазона [0, 1] и интерполируйте значения испытательной отражательной способности, чтобы они соответствовали ссылочным значениям отражательной способности по числу.

figure
testReflectance = rescale(reflectance,0,1);
refReflectance = rescale(matchingSpectra.Reflectance,0,1);
testLength = length(testReflectance);
newLength = length(testReflectance)/length(refReflectance);
testReflectance = interp1(1:testLength,testReflectance,1:newLength:testLength);

plot(refReflectance)
hold on
plot(testReflectance,'r')
hold off
legend('Matching reference reflectance','Test reflectance')
xlabel('Number of samples')
ylabel('Reflectance value')