一种基于多目标极小值的多光谱真温反演方法技术

本发明专利技术提供了一种基于多目标极小值的多光谱真温反演方法，包括如下步骤：获取被测目标的亮度温度、有效波长以及光谱发射的变化范围；建立多目标函数；建立真温反演所需的等式、不等式约束条件；采用优化原理在等式、不等式约束条件下求解多目标函数的极小值；根据优化原理反演出每个测量通道的光谱发射率；根据所述光谱发射率反演真温的值。本发明专利技术通过上述方法降低了真温反演的复杂性和技术难度，在采用多目标极值优化法求解真温时，不需要对亮度温度和波长做任何的处理就可以反演出光谱发射率以及真温，提高了光谱发射率和真温的反演速度。本发明专利技术方法灵活，具有很强的推广应用性。

A Multispectral True Temperature Inversion Method Based on Multi-objective Minimum

【技术实现步骤摘要】
一种基于多目标极小值的多光谱真温反演方法
本专利技术属于光谱测量
，尤其涉及一种基于多目标极小值的多光谱真温反演方法。
技术介绍
目前真温求解方法主要包括以下四类模型：第一种是灰体假设模型，这类模型是一种最简单的真温求解方法，其最早见于20世纪20年代的比色高温计，这种方法通过测量在两个波长下的辐射亮度，通过比色公式消掉光谱发射率的影响完成真温的计算，而对于非灰体的测量对象来讲，这种方法可能会造成较大的误差；第二种是波长假设模型，这类模型在光谱发射率与波长之间建立模型来实现真温和光谱发射率反演，这种方法是目前国内外最常用的方法，1976年，Svet将光谱发射率和波长之间建立数学模型，采用含有波长的多项式近似代替未知的光谱发射率，当方程组处于超定或正定状态时，才可以实现对方程组的求解，进而反演出真温和光谱发射率；第三种是真温假设模型，这类模型将光谱发射率与真温之间建立模型来实现真温和光谱发射率反演，这种方法是一种独特的真温反演方法，其真温反演精度较高且具有较好的鲁棒性，但由于采用了迭代的求解方式，其真温的反演速度并不高；第四种是神经网络假设模型，这类模型神经网络的多光谱真温反演方法是一种重要的真温反演方法，但这种方法的Matlab反演程序最为复杂，而且神经网络都需要事先进行学习，学习的过程不但需要大量正确、可靠的数据而且学习本身就需要花费大量的时间，因此这种方法真温反演的速度也最慢。另外，在实际的辐射测温过程中，光谱发射率存在瞬时多变性，即在不同时刻、不同测量位置、不同温度下光谱发射率的数值都是不相同的，如果假设的光谱发射率模型与实际光谱发射率的变化规律不符，可能会产生较大的真温反演误差，并且光谱发射率与其它物理量(波长或温度等)之间的数学模型是需要通过大量的实验和经验才能获得的，因此，完成多光谱真温的反演具有一定的技术难度。另外，现有技术中光谱发射率与其它物理量(波长或温度等)之间的数学模型通用性较差，尤其是当待测辐射体发生改变时，这种数学模型也就失去了存在的价值，因此，如何降低多光谱求解模型的复杂性、提高反演速度与通用性以更好地满足实际需要是这种方法亟待解决的问题之一。
技术实现思路
针对现有技术中的上述不足，本专利技术提供的一种基于多目标极小值的多光谱真温反演方法解决了传统多光谱真温反演中模型选取的复杂性以及反演速度慢且精度不高的问题。为了达到以上目的，本专利技术采用的技术方案为：本方案提供一种基于多目标极小值的多光谱真温反演方法，包括如下步骤：(S1)根据多光谱高温计每一通道的测量获取被测目标的亮度温度以及有效波长，并通过查找发射率表查出被测目标光谱发射率的变化范围；(S2)根据被测目标的亮度温度、有效波长以及光谱发射率的变化范围建立多目标函数；(S3)根据被测目标的亮度温度、有效波长以及光谱发射率的变化范围建立真温反演所需的等式、不等式约束条件；(S4)根据所述多目标函数与所述等式、不等式约束条件，计算得到多目标函数的极小值；(S5)根据所述多目标函数的极小值通过fmincon函数反演出每个测量通道的光谱发射率；(S6)根据所述每个测量通道的光谱发射率反演出每个通道的真温值，从而实现多光谱的真温反演。进一步地，所述(S2)中的多目标函数包括取相邻两个测量通道的真温差最小构成的目标函数F1以及不同测量通道的标准差平方最小构成的目标函数F2。再进一步地，所述目标函数F1的表达式如下：F1＝min((Tz1-Tz2)+(Tz3-Tz4)+(Tz5-Tz6)+(Tz7-Tz8))其中，Tzi为第i个通道表示的真温，zi为第i个通道表示的真温的顺序编号，i＝1,2...8,8为高温计的通道总数，Ti为第i个通道的亮度温度，λi为第i个通道的有效波长，εi为有效波长为λi时的光谱发射率，c2为第二辐射常数，c2＝14388μm·k。再进一步地，所述目标函数F2的表达式如下：其中，Ti为第i个通道的亮度温度，i＝1,2...8，8为高温计的通道总数，为各个通道表示的真温之和的平均值。再进一步地，所述(S3)中等式、不等式约束条件包括非线性多变量等式约束条件和线性多变量不等式约束条件。再进一步地，所述非线性多变量等式约束条件的表达式如下：其中，Ti为第i个通道的亮度温度，λ1为第i个通道的有效波长，i＝1,2...8，8为高温计的通道总数，c2为第二辐射常数，c2＝14388μm·k，λi为第i个通道的有效波长，εi为有效波长为λi时的光谱发射率。再进一步地，所述线性多变量不等式约束条件的表达式如下：0<εi<1其中，εi为有效波长为λi时的光谱发射率，λi为第i个通道的有效波长，Ti为第i个通道的亮度温度，i＝1,2...8，8为高温计的通道总数。再进一步地，所述(S4)中多目标函数的极小值的表达式如下：其中,h(f(x))为多目标函数的极小值之和，ε为光谱发射率变量，F1为取相邻两个测量通道的真温差最小构成的目标函数，F2为不同测量通道的标准差平方最小构成的目标函数，α1和α2为目标函数的权系数，权系数满足再进一步地，所述(S5)中的各个测量通道的光谱发射率，其通过Matlab工具箱中的fmincon函数反演出光谱发射率。再进一步地，所述(S6)中各通道的真温值Tz其表达式如下：其中，Tzi为第i个通道表示的真温，i＝1,2...8，8为高温计的通道总数。本专利技术的有益效果：本专利技术首先获取被测目标的亮度温度、有效波长以及光谱发射的变化范围，再建立多目标函数以及真温反演所需的等式、不等式约束条件，然后采用优化原理在等式、不等式约束条件下求解多目标函数的极小值，并根据优化原理反演出各个测量通道的光谱发射率，最后根据所述光谱发射率反演真温的值，本专利技术通过上述方法降低了真温反演的复杂性和技术难度，在采用多目标极值优化法求解真温时，不需要对亮度温度和波长做任何的处理就可以反演出真温以及光谱发射率，提高了反演速度以及反演精度。附图说明图1为本专利技术的方法流程图。图2为本实施例中采用本方法与二次测量法的波形对比模型图A。图3为本实施例中采用本方法与二次测量法的波形对比模型图B。图4为本实施例中采用本方法与二次测量法的波形对比模型图C。图5为本实施例中采用本方法与二次测量法的波形对比模型图D具体实施方式下面对本专利技术的具体实施方式进行描述，以便于本
的技术人员理解本专利技术，但应该清楚，本专利技术不限于具体实施方式的范围，对本
的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本专利技术的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本专利技术构思的专利技术创造均在保护之列。实施例如图1所示，本专利技术提供了一种基于多目标极小值的多光谱真温反演方法，其实现方法如下：(S1)根据多光谱高温计每一通道的测量获取被测目标的亮度温度以及有效波长，并通过查找发射率表查出被测目标光谱发射率的变化范围，其被测目标光谱发射率的具体初始条件如表1所示：表1(S2)根据被测目标的亮度温度、有效波长以及光谱发射率的变化范围建立多目标函数，所述多目标函数包括取相邻两个测量通道的真温差最小构成的目标函数F1以及不同测量通道的标准差平方最小构成的目标函数F2：本实施例中，根据多光谱高温计的第i个通道的亮度温度Ti和由第i个通道表示的真温Tzi本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于多目标极小值的多光谱真温反演方法，其特征在于，包括如下步骤：(S1)根据多光谱高温计每一通道的测量获取被测目标的亮度温度以及有效波长，并通过查找发射率表查出被测目标光谱发射率的变化范围；(S2)根据被测目标的亮度温度、有效波长以及光谱发射率的变化范围建立多目标函数；(S3)根据被测目标的亮度温度、有效波长以及光谱发射率的变化范围建立真温反演所需的等式、不等式约束条件；(S4)根据所述多目标函数与所述等式、不等式约束条件，计算得到多目标函数的极小值；(S5)根据所述多目标函数的极小值通过fmincon函数反演出每个测量通道的光谱发射率；(S6)根据所述每个测量通道的光谱发射率反演出每个通道的真温值，从而实现多光谱的真温反演。

【技术特征摘要】
1.一种基于多目标极小值的多光谱真温反演方法，其特征在于，包括如下步骤：(S1)根据多光谱高温计每一通道的测量获取被测目标的亮度温度以及有效波长，并通过查找发射率表查出被测目标光谱发射率的变化范围；(S2)根据被测目标的亮度温度、有效波长以及光谱发射率的变化范围建立多目标函数；(S3)根据被测目标的亮度温度、有效波长以及光谱发射率的变化范围建立真温反演所需的等式、不等式约束条件；(S4)根据所述多目标函数与所述等式、不等式约束条件，计算得到多目标函数的极小值；(S5)根据所述多目标函数的极小值通过fmincon函数反演出每个测量通道的光谱发射率；(S6)根据所述每个测量通道的光谱发射率反演出每个通道的真温值，从而实现多光谱的真温反演。2.根据权利要求1所述的基于多目标极小值的多光谱真温反演方法，其特征在于，所述(S2)中的多目标函数包括取相邻两个测量通道的真温差最小构成的目标函数F1以及不同测量通道的标准差平方最小构成的目标函数F2。3.根据权利要求2所述的基于多目标极小值的多光谱真温反演方法，其特征在于，所述目标函数F1的表达式如下：F1＝min((Tz1-Tz2)+(Tz3-Tz4)+(Tz5-Tz6)+(Tz7-Tz8))其中，Tzi为第i个通道表示的真温，zi为第i个通道表示的真温的顺序编号，i＝1,2...8,8为高温计的通道总数，Ti为第i个通道的亮度温度，λi为第i个通道的有效波长，εi为有效波长为λi时的光谱发射率，c2为第二辐射常数，c2＝14388μm·k。4.根据权利要求2所述的基于多目标极小值的多光谱真温反演方法，其特征在于，所述目标函数F2的表达式如下：其中，Ti为第i个通道的亮度温度，i＝1,2...8，8为高温计的通道总数，为各个通道表示的真温...

【专利技术属性】
技术研发人员：张福才，
申请(专利权)人：张福才，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23