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紫外诱导高光谱成像的海洋溢油及乳化探测方法

发布时间:2018-05-14 20:50

  本文选题:光谱学 + 海洋溢油 ; 参考:《光学学报》2016年01期


【摘要】:针对夜间溢油探测问题,提出了一种通过紫外(UV)LED诱导并基于高光谱波段差辐射指数的探测方法。通过高光谱成像仪,同步采集了紫外LED和卤素灯两种照明方式下的原油、乳化油和本底海水的高光谱图像。基于33个波段(400~720 nm)辐射值构建了波段差指数作为溢油鉴别特征。特征优化方面,通过增L减R法、Fisher法进行了有效波长的选择,通过多维尺度分析、主成分分析(PCA)、独立分量分析进行了波段特征提取,通过径向基函数-支持向量机模型对结果进行识别。结果表明,基于紫外LED的高光谱波段差指数的溢油探测模式,比卤素灯的波段均值识别率分别提高了6.01%和8.17%,因此紫外LED光源更适合夜间溢油及乳化的准确探测。并且,通过Fisher有效波长选择和通过PCA得到的特征组合两种方法识别效果相当,优选的3波段特征的紫外识别率分别达到了85.89%和87.02%,12特征的溢油准确率均达到了100%,通过Fisher法提取的有效波长(400~420 nm),更适合于实际在线溢油探测。紫外诱导下高光谱的成像的海洋溢油鉴别模型,为夜间海洋溢油探测提供了一种快速鉴别方法。
[Abstract]:In order to solve the problem of oil spill detection at night, a detection method based on hyperspectral band difference radiation index (HSDI) induced by UV LED is proposed. The hyperspectral images of crude oil, emulsified oil and background seawater under two illumination modes, ultraviolet LED and halogen lamp, were simultaneously collected by hyperspectral imager. Based on the radiation values of 33 bands, the spectral difference index is used as the distinguishing feature of oil spill. In the aspect of feature optimization, the effective wavelength is selected by increasing L minus R method and Fisher method. Through multidimensional scale analysis, principal component analysis (PCA) and independent component analysis (ICA), band feature extraction is carried out. The results are identified by radial basis function-support vector machine model. The results show that the detection rate of oil spill based on the hyperspectral difference index of ultraviolet LED is 6.01% and 8.17% higher than that of halogen lamp, respectively. Therefore, the ultraviolet LED light source is more suitable for the accurate detection of oil spills and emulsification at night. In addition, the effective wavelength selection by Fisher and the feature combination obtained by PCA are equivalent to each other. The UV recognition rates of the selected three band features are 85.89% and 87.02%, respectively, and the oil spill accuracy is 100. The effective wavelength extracted by Fisher method is 400 nm ~ 420nm, which is more suitable for on-line oil spill detection. Ultraviolet-induced hyperspectral imaging model of ocean oil spill identification provides a rapid identification method for nocturnal ocean oil spill detection.
【作者单位】: 中国石油大学(华东)地球科学学院;青岛农业大学理学与信息科学学院;中国石化青岛安全工程研究院;
【基金】:国家自然科学基金(31201133) 青岛市民生科技计划(14-2-3-52-nsh)
【分类号】:X87;X55

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本文编号:1889415

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