مقدمة

الصور الفائقة الطيفية لديها القدرة على " رؤية العين البشرية لا يمكن أن نرى " ، ولكن ما يجعل البيانات تتحول إلى معلومات ، ما يجعل ميزة " حفر " من الضوضاء هو الطيفية المعالجة والحد من البعد . في هذه المقالة ، ونحن استخدام الأكثر حدسي حالة كدمة كيوي ، تظهر لك كيف الأصلي الطيف يظهر هيكل الأنسجة واضحة والضرر الخصائص تدريجيا في إطار سلسلة من المعالجة ( تجانس ، SNV ، ماجستير ) و بعد التخفيض ( PCA ، MNF ) . مع عدد قليل من الصور ، يمكنك أن ترى الفرق الكبير بين ما قبل وما بعد المعالجة الفائقة الطيفية و بسرعة فهم لماذا المعالجة هو أكثر أهمية من النمذجة نفسها .

الصورة الطيفية المعالجة

4-1 المعالجة الطيفية

تجانس الأسلوب يستخدم أساسا للقضاء على ارتفاع وتيرة الضجيج العشوائي في الطيف مع الحفاظ على الاتجاه العام و شكل ذروة الطيف قدر الإمكان .

المتوسط المتحرك

المتوسط المتحرك هو أبسط طريقة التمهيد . هذا الأسلوب يستخدم متوسط القيم الحالية من النقاط و النقاط المجاورة على نحو سلس الطيف . هذا الأسلوب يمكن أن تنعيم عالية التردد الضوضاء ، ولكن لا تراعي بعض الضوضاء . الصيغة كما يلي :

من بينها ، حجم النافذة للتحرك .

بيثون رمز عينة :

( 2 ) Savitzky-Golay تجانس

الفكرة الأساسية من سان جرمان تجانس هو تركيب الإشارات الطيفية في انزلاق النافذة مع الحدود ، واستبدال النقاط الطيفية الأصلية مع تركيب القيم . بالمقارنة مع المتوسط المتحرك البسيط ، SG تجانس لا يمكن إلا أن إزالة الضوضاء عالية التردد ، ولكن أيضا الحفاظ على شكل ذروة الطيفية المحلية إشارة مميزة . الصيغة هي كما يلي : في حجم النافذة 2مشرط + 1(أ)تجانس النقاط الطيفية هي :

من بينها ، معاملات كثيرة الحدود المناسب هي القيم الأصلية من النقاط الطيفية في النافذة .

بيثون رمز عينة :

متوسط الترشيح

المرشح الوسطي هو استبدال القيمة الحالية مع متوسط في النافذة ، والتي هي فعالة بشكل خاص في بعض الأحيان لدغ الضوضاء .

بيثون رمز عينة :

معيار التحول الطبيعي ( SNV )

SNV هو طريقة التطبيع ، والتي يمكن القضاء على تأثير التشتت أو كثافة الفرق بين الأطياف ، والحفاظ على الشكل النسبي من الأطياف . الصيغة كما يلي :

يعني الطيفية الطيفية الانحراف المعياري .

بيثون رمز عينة :

تشتت متعدد تصحيح ( ماجستير )

ماجستير تناسب كل إشارة الطيف ( عادة متوسط الطيف ) عن طريق الانحدار الخطي ، وتصحيح الضرب و إضافة تأثير التشتت . هذه الطريقة يمكن تصحيح الفرق في كثافة الناجمة عن التشتت ، والحفاظ على شكل حرف من الطيف . الصيغة كما يلي :الذي

من بينها(أ)الطول الموجي الطيف ، الطيف المرجعي ، وعادة ما يكون متوسط الطيف لجميع العينات ، ومعامل الانحدار ، بعد تركيب الطيف .

بيثون رمز عينة :

الحد من أبعاد الصورة الطيفية

تحليل المكون الرئيسي ( PCA )

في التصوير ومعالجة الصور ، محكمة التحكيم الدائمة هي واحدة من الطرق الشائعة للحد من البعد ، والتي يمكن أن تقلل من الفرقة التكرار ، والحد من الضوضاء ، واستخراج المعلومات الطيفية الرئيسية . . . الصور الفائقة الطيفية عادة ما تكون ممثلة من قبل بيانات مكعب ثلاثي الأبعاد ، بما في ذلك الأبعاد المكانية ومئات من الأطياف . الفكرة الأساسية من محكمة التحكيم الدائمة هو خفض الأبعاد الطيفية ناقلات كل بكسل تعتبر عالية الأبعاد البيانات . العنصر الرئيسي هو الحصول على ترتيب الفرق من خلال صفر يعني قيمة جميع البيانات بكسل ، وحساب مصفوفة التغاير ، وحساب القيمة الذاتية و المتجه الذاتي . اختيار أول عدة عناصر رئيسية يمكن أن خريطة البيانات الفائقة الطيفية من البعد عالية إلى البعد المنخفض ، مع الحفاظ على معظم المعلومات الطيفية . بعد تخفيض الأبعاد البيانات ليس فقط يقلل من حساب المبلغ ، ولكن أيضا يعزز إلى حد كبير نسبة الإشارة إلى الضوضاء ، ويمكن استخدامها في التصور ، والتصنيف ، أو التحليل العنقودي . على سبيل المثال ، أول ثلاثة عناصر رئيسية يمكن أن تكون مجتمعة في شبه لون الصورة البصرية عرض الهيكل المكاني . عموما ، محكمة التحكيم الدائمة تخفيض الأبعاد هو وسيلة هامة من وسائل المعالجة في التصوير ومعالجة الصور وتحليلها ، والتي يمكن ضغط البيانات بشكل فعال ، وإزالة التكرار والضوضاء ، مع الحفاظ على الخصائص الطيفية .

( 2 ) الحد الأدنى من الضوضاء البعد الكسوري ( MNF )

في التصوير ومعالجة الصور ، عامل تخفيض الأبعاد هي واحدة من الطرق الشائعة للحد من الضوضاء وضغط البيانات . الحد من الضوضاء من عامل التغذية العصبية عادة ما تتم في خطوتين : * في خطوة واحدة ، الضوضاء تقدير الأصلي فوق البيانات والضوضاء التطبيع تتم على البيانات ، وتأثير الضوضاء موحدة . في الخطوة الثانية ، تحليل المكون الرئيسي ( PCA ) على تطبيع البيانات المستخرجة من مكونات كبيرة مع الفرق * الإشارات الرئيسية ، في حين أن الضوضاء يهيمن على مكونات منخفضة التباين يتم التخلص منها . على عكس التقليدية محكمة التحكيم الدائمة ، من خلال النظر في هيكل الضوضاء ، عامل التغذية العصبية يمكن أن تجعل أول المكونات الرئيسية بعد تخفيض الأبعاد أفضل في نسبة الإشارة إلى الضوضاء ، ويمكن تسليط الضوء على الطيف الحقيقي إشارة . البيانات التي تم الحصول عليها من عامل التغذية العصبية بعد التخفيض ليس فقط يقلل من الفرقة التكرار ، ولكن أيضا يقلل من الضوضاء على نحو فعال . بسبب قدرته على قمع الضوضاء و ضغط مميزة في نفس الوقت ، عامل التغذية العصبية غالبا ما تعتبر متقدمة بعد تخفيض طريقة تجهيز البيانات الفائقة الطيفية .

4-4 المقارنة بين الحالات السابقة والحالية

( 1 ) حالة المعالجة الطيفية

منحنيات طيفية مختلفة من أساليب المعالجة هي كما يلي . بالمقارنة مع الأصلي الطيف ، تجانس أساليب المعالجة ( مثل savitzky غولاي ، المتوسط المتحرك ، متوسط الترشيح ) أساسا القضاء على تقلبات عالية التردد على منحنى طيفي ، مما يجعل منحنى طيفي أكثر سلاسة ، مع الحفاظ على الشكل الأساسي العالمي موقف الذروة و خط الأساس . وفي الوقت نفسه ، SNV طريقة موحدة السعة و التحول من الطيف الأصلي ، مما يجعل الطيف من عينات مختلفة تتماشى مع نفس المستوى ، وفي الوقت نفسه تغيير طفيف في الارتفاع الكلي من المنحنى . من خلال الانحدار الخطي ، لجنة السلامة البحرية يصحح السعة والتشريد الاختلافات الناجمة عن تشتت الضوء ، والتي لا يمكن إلا أن تبقي على شكل ذروة مميزة ، ولكن أيضا القضاء على تشتت الخلافات بين العينات . ومع ذلك ، SNV و ماجستير لا القضاء على الضوضاء عالية التردد في الطيف . الجمع بين الأسلوب ( على سبيل المثال ، SG + SNV أو SG + ماجستير ) أولاً تنعيم الطيف عالية التردد الضوضاء ، ثم إجراء تصحيح التشتت ، مع الأخذ في الاعتبار تأثير نعومة ونثر التصحيح ، حتى أن الطيف ليس فقط على نحو سلس ولكن أيضا يحافظ على شكل ذروة مميزة . من خلال مقارنة الأطياف قبل وبعد العلاج ، ونحن يمكن أن نلاحظ تأثير كل طريقة على الضوضاء ، ونثر خط الأساس .

( 2 ) حالة الحد من أبعاد الصورة الطيفية

على سبيل المثال ، من أجل الحد من أبعاد الصورة الطيفية من كدمة كيوي ، فوق الصورة و الصورة الرمادية من طول موجة معينة من كدمة كيوي كما هو مبين في الشكل التالي .

فوق الصورة و الصورة الرمادية على طول موجة معينة من كدمة كيوي

بعد تحليل البيانات الفائقة الطيفية من كدمة كيوي بواسطة محكمة التحكيم الدائمة و عامل التغذية العصبية ، وجدنا أن كلا الطريقتين يمكن استخراج الخصائص ذات الصلة مع التغيرات النسيجية من المكونات الرئيسية ، ولكن هناك اختلافات كبيرة في الأداء . الهيئة PC1 أساسا يمثل الانعكاس الكلي والكثافة توزيع الأنسجة اللب ، PC2 يمكن أن تبرز بوضوح زيادة امتصاص الكدمات في المنطقة . ومع ذلك ، منذ PC3 ، والضوضاء هي المهيمنة ، هامش القطع الأثرية تظهر بوضوح ، والتي لم تعد مناسبة لمزيد من التحليل . وعلى النقيض من ذلك ، فإن عامل التغذية العصبية يمكن أن تقلل من الضوضاء بشكل فعال من خلال ترتيب حسب نسبة الإشارة إلى الضوضاء ، و mnf1 يظهر خلفية مستقرة الخصائص . mnf2 يمكن فصل المنطقة الأساسية من الكدمات مع أعلى وعلى النقيض من ذلك ، أكثر وضوحا من الحدود . عموما ، عامل التغذية العصبية هي أفضل بكثير من محكمة التحكيم الدائمة في تعزيز ملامح الكدمات ، والحد من الضوضاء ، والحفاظ على تفاصيل الأنسجة ، من بينها mnf2-mnf3 هو سمة قيمة العنصر .

التحليل الطيفي الكامل من فاكهة الكيوي عينات من الهيئة و عامل التغذية العصبية

مقطورة

في المرحلة القادمة ، ونحن سوف أعرض عن تصنيف الصور الفائقة الطيفية ، والإشراف على تصنيف الصور الفائقة الطيفية .