CN103942450B - 光谱数据处理方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种光谱数据处理方法及装置，将待处理光谱数据中的波长数据对应的第一频率数据映射为第二频率数据，该第二频率数据在人耳能够听到声音的频率范围内，将待处理光谱数据中的第一光谱特征数据归一化为第二光谱特征数据，通过第二光谱特征数据和第二频率数据构建第一音频数据，然后将所有第一音频数据相加得到最后的第二音频数据，该第二音频数据就是对待处理光谱数据进行处理得到的音频数据，通过音频播放装置输出所述第二音频数据，实现了从听觉认知角度对光谱数据的表达，可以直观的对具备相似音频的光谱数据进行有效区分，从而可以从听觉上对不同地物类型进行分类识别。

Description

光谱数据处理方法及装置

技术领域

本发明涉及数据处理技术领域，更具体地说，涉及一种光谱数据处理方法及装置。

背景技术

光谱数据是通过单点光谱仪器或成像光谱仪器获取的物体在不同波长上的光谱特征值，如反射率值或辐亮度值等。随着高光谱数据在不同领域的广泛应用，将这些光谱数据直观、形象的表达出来，对高光谱数据的信息挖掘，具有非常重要的实用价值。目前，光谱数据的表达有很多方式，比如，光谱曲线、光谱二值编码、光谱柱状图、光谱玫瑰图等。

光谱数据的一个重要应用是地物分类与识别，不同地物的特征光谱数据存在明显差异，利用光谱数据进行地物分类与识别，就是基于光谱数据的表达形式对相似光谱进行归类区分的过程。

然而，上述光谱数据的表达方式均是从视觉认知角度对光谱数据进行表达，而没有从听觉认知角度对光谱数据进行表达。因此，如何将光谱数据转换为音频数据，以从听觉认知角度对光谱数据进行表达成为亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种光谱数据处理方法，将光谱数据转换为音频数据输出，以从听觉认知角度对光谱数据进行表达。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种光谱数据处理方法，包括：

获取待处理光谱数据，所述待处理光谱数据包括第一光谱特征数据以及与所述第一光谱特征数据一一对应的波长数据；所述第一光谱特征数据包括反射率值或辐亮度值；

将所述波长数据转换为第一频率数据；

将各个第一频率数据映射为与第一频率数据相对应的第二频率数据，所述第二频率数据的取值大于或等于20Hz，且小于20kHz；

将各个第一光谱特征数据归一化，得到第二光谱特征数据；

构建与各个第一光谱特征数据一一对应的第一音频数据，所述第一音频数据为满足第一正弦波函数的音频数据，所述第一正弦波函数的幅值为与所述第一光谱特征数据对应的第二光谱特征数据的值，所述第一正弦波函数的频率为与所述第一光谱特征数据对应的第二频率数据的值，所有第一正弦波函数的相位相同；

依据所述第一音频数据获取第二音频数据，所述第二音频数据为满足第二正弦波函数的音频数据，所述第二正弦波函数为所有第一正弦波函数之和；

通过音频播放模块输出所述第二音频数据。

上述方法，优选的，所述将各个第一频率数据映射为与第一频率数据相对应的第二频率数据包括：

确定目标频率范围；

依据第一映射公式将各个第一频率数据映射为与第一频率数据相对应的第二频率数据，所述第二频率数据在所述目标频率范围内；所述第一映射公式为：

SF＝a+[(F₁-LF)/(F₁-F₀)]*b

其中，SF为与第一频率数据LF相对应的第二频率数据；a为第一映射系数，其取值为所述目标频率范围内的最小频率值；b为第二映射系数，所述第一映射系数与所述第二映射系数之和为所述目标频率范围内的最大频率值；F₀为最大第一频率值；F₁为最小第一频率值。

上述方法，优选的，所述将各个第一光谱特征数据归一化包括：

依据归一化公式进行归一化，所述归一化公式为：

v＝(x-v_min)/(v_max-v_min)

其中，v为对第一光谱特征数据x归一化后的第二光谱特征数据；v_min为第一光谱特征数据的最小值；v_max为第一光谱特征数据的最大值。

上述方法，优选的，所述第一正弦波函数的相位为零。

一种光谱数据处理装置，包括：

获取模块，用于获取待处理光谱数据，所述待处理光谱数据包括第一光谱特征数据以及与所述第一光谱特征数据一一对应的波长数据；所述第一光谱特征数据包括反射率值或辐亮度值；

转换模块，用于将所述波长数据转换为第一频率数据；

映射模块，用于将各个第一频率数据映射为与第一频率数据相对应的第二频率数据，所述第二频率数据的取值大于或等于20Hz，且小于20kHz；

归一化模块，用于将各个第一光谱特征数据归一化，得到第二光谱特征数据；

第一音频数据获取模块，用于构建与各个第一光谱特征数据一一对应的第一音频数据，所述第一音频数据为满足第一正弦波函数的音频数据，所述第一正弦波函数的幅值为与所述第一光谱特征数据对应的第二光谱特征数据的值，所述第一正弦波函数的频率为与所述第一光谱特征数据对应的第二频率数据的值，所有第一正弦波函数的相位相同；

第二音频数据获取模块，用于获取第二音频数据，所述第二音频数据为满足第二正弦波函数的音频数据，所述第二正弦波函数为所有第一正弦波函数之和；

音频播放模块，用于输出所述第二音频数据。

上述装置，优选的，所述映射模块包括：

确定单元，用于确定目标频率范围；

映射单元，用于依据第一映射公式将各个第一频率数据映射为与第一频率数据相对应的第二频率数据，所述第二频率数据在所述目标频率范围内；所述第一映射公式为：

SF＝a+[(F₁-LF)/(F₁-F₀)]*b

其中，SF为与第一频率数据LF相对应的第二频率数据；a为第一映射系数，其取值为所述目标频率范围内的最小频率值；b为第二映射系数，所述第一映射系数与所述第二映射系数之和为所述目标频率范围内的最大频率值；F₀为最大第一频率值；F₁为最小第一频率值。

上述装置，优选的，所述归一化模块具体用于，依据归一化公式进行归一化，所述归一化公式为：

v＝(x-v_min)/(v_max-v_min)

其中，v为对第一光谱特征数据x归一化后的第二光谱特征数据；v_min为第一光谱特征数据的最小值；v_max为第一光谱特征数据的最大值。

上述装置，优选的，所述第一正弦波函数的相位为零。

通过以上方案可知，本申请提供的一种光谱数据处理方法，将待处理光谱数据中的波长数据对应的第一频率数据映射为第二频率数据，该第二频率数据在人耳能够听到声音的频率范围内，将待处理光谱数据中的第一光谱特征数据归一化为第二光谱特征数据，通过第二光谱特征数据和第二频率数据构建第一音频数据，然后将所有第一音频数据相加得到最后的第二音频数据，该第二音频数据就是对待处理光谱数据进行处理得到的音频数据，通过音频播放装置输出所述第二音频数据，实现了从听觉认知角度对光谱数据的表达，可以直观的对具备相似音频的光谱数据进行有效区分，从而可以从听觉上对不同地物类型进行分类识别。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的光谱数据处理方法的一种实现流程图；

图2为本申请实施例提供的光谱数据处理装置的一种结构示意图；

图3为本申请实施例提供的映射模块的一种结构示意图；

图4为待处理光谱数据的光谱曲线图；

图5为本申请实施例提供的图4所示的光谱数据的第二音频数据的波形图。

说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等(如果存在)是用于区别类似的部分，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示的以外的顺序实施。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，图1为本申请实施例提供的光谱数据处理方法的一种实现流程图，可以包括：

步骤S11：获取待处理光谱数据，所述待处理光谱数据包括第一光谱特征数据以及与所述第一光谱特征数据一一对应的波长数据；

待处理的光谱数据可以是高光谱图像中某个像元的光谱数据，也可以是通过单点光谱仪测得的某一点的光谱数据。

光谱特征数据可以是指反射率值，也可以是辐亮度值。

步骤S12：将所述波长数据转换为第一频率数据；

根据频率与波长的关系f＝c/λ可以得到每一个波长数据所对应的第一频率数据；

其中，f为频率，c为光速(取值3.0×10⁸m/s)，λ为波长。

步骤S13：将各个第一频率数据映射为与第一频率数据相对应的第二频率数据，所述第二频率数据的取值大于或等于20Hz，且小于20kHz；

本申请实施例中，将第一频率数据映射到人耳能够听的声音的频率范围内。

步骤S14：将各个第一光谱特征数据归一化，得到第二光谱特征数据；

需要说明的是，本申请实施例中，步骤S12与步骤S14可以同时执行，也可以先执行步骤S12，再执行步骤S14，也可以先执行S14，再执行步骤S12。

步骤S15：构建与各个第一光谱特征数据一一对应的第一音频数据，所述第一音频数据为满足第一正弦波函数的音频数据，所述第一正弦波函数的幅值为与所述第一光谱特征数据对应的第二光谱特征数据的值，所述第一正弦波函数的频率为与所述第一光谱特征数据对应的第二频率数据的值，所有第一正弦波函数的相位相同；

本申请实施例中，针对每一个第一光谱特征数据都构建第一音频数据，即第一音频信号，本申请实施例中，第一音频数据为满足第一正弦波函数的音频数据，其中，第一正弦波函数的幅值为与第一光谱特征数据对应的第二光谱特征数据的取值，第一正弦波函数的频率为与第一光谱特征数据对应的第二频率数据的取值，所有第一正弦波函数的相位相同。

具体的，正弦波函数的一般表达式为Asin(2πωt+ψ)，其中，A为正弦波函数的幅值，ω为正弦波的频率，ψ为正弦波的相位。本申请实施例中，A取值为归一化后的光谱特征数据的值，即第二光谱特征数据的值；ω的取值为由第一频率数据映射得到的第二频率数据的取值；ψ的取值不做具体限定，只要所有第一光谱特征数据对应的正弦波函数的相位相同即可。

步骤S16：依据所述第一音频数据获取第二音频数据，所述第二音频数据为满足第二正弦波函数的音频数据，所述第二正弦波函数为所有第一正弦波函数之和；

也就是说，所有第一正弦波函数相加得到第二正弦波函数，第二音频数据即是满足第二正弦波函数的音频数据，也就是第二音频信号。

步骤S17：通过音频播放模块输出所述第二音频数据。

得到第二音频数据后，就可以通过音频播放模块播放所述第二音频数据。具体在播放时，音频数据的采样率可以为22.05kHz，或者44.1kHz，或者48kHz，具体选用哪种采样率可以由用户自己选择；采样时长可以为0.5秒，或者是其它时长也可以，具体可以由用户根据自己的需要自定义。

本申请提供的一种光谱数据处理方法，将待处理光谱数据中的波长数据对应的第一频率数据映射为第二频率数据，该第二频率数据在人耳能够听到声音的频率范围内，将待处理光谱数据中的第一光谱特征数据归一化为第二光谱特征数据，通过第二光谱特征数据和第二频率数据构建第一音频数据，然后将所有第一音频数据相加得到最后的第二音频数据，该第二音频数据就是对待处理光谱数据进行处理得到的音频数据，通过音频播放装置输出所述第二音频数据，实现了从听觉认知角度对光谱数据的表达，可以直观的对具备相似音频的光谱数据进行有效区分，从而可以从听觉上对不同地物类型进行分类识别。

通过听觉对不同地物类型进行分类识别，可以丰富数据表达方式，为人们理解光谱数据、进行高效信息挖掘提供一种新的方式。

上述实施例中，优选的，所述将各个第一频率数据映射为与第一频率数据相对应的第二频率数据可以包括：

确定目标频率范围；

本申请实施例中，目标频率范围不做具体限定，只要在人耳能够听到的声音的频率范围内即可。

依据第一映射公式将各个第一频率数据映射为与第一频率数据相对应的第二频率数据，所述第二频率数据在所述目标频率范围内；所述第一映射公式为：

SF＝a+[(F₁-LF)/(F₁-F₀)]*b

其中，SF为与第一频率数据LF相对应的第二频率数据；a为第一映射系数，其取值为所述目标频率范围内的最小频率值；b为第二映射系数，所述第一映射系数与所述第二映射系数之和为所述目标频率范围内的最大频率值；F₀为最大第一频率值；F₁为最小第一频率值。

假设目标频率范围为(f_min,f_max)，其中，f_min＜f_max，那么，a＝f_min，a+b＝f_max。

例如，假设待处理的光谱数据的波长范围为[350nm，3000nm]其中，350nm波长对应的第一频率为8.57×10¹⁴Hz，3000nm波长对应的第一频率为1.0×10¹⁴Hz，可以将目标频率范围定义为[20Hz，1500Hz]，具体的，可以将350nm波长对应的第一频率8.57×10¹⁴Hz映射为1500Hz，将3000nm波长对应的第一频率1.0×10¹⁴Hz映射为20Hz，则第一映射公式具体为：

SF＝20+[(F₁-LF)/(F₁-F₀)]*1480

当然还可以将目标频率范围定义为其它范围，如[50Hz，2000Hz]，具体的，可以将350nm波长对应的第一频率8.57×10¹⁴Hz映射为2000Hz，将3000nm波长对应的第一频率1.0×10¹⁴Hz映射为50Hz，则第一映射公式具体为：

SF＝50+[(F₁-LF)/(F₁-F₀)]*1950

上述实施例中，采用的是线性映射方法，也可以采用非线性映射方法，如，映射公式也可以修正为：

SF＝a+[(F₁-LF)/(F₁-F₀)]²*b

上述实施例，优选的，所述将各个第一光谱特征数据归一化可以包括：

依据归一化公式进行归一化，所述归一化公式为：

v＝(x-v_min)/(v_max-v_min)

其中，v为对第一光谱特征数据x归一化后的第二光谱特征数据；v_min为第一光谱特征数据的最小值；v_max为第一光谱特征数据的最大值。

上述实施例中，优选的，为了提高处理速度，第一正弦波函数的相位可以为零。

与方法实施例相对应，本申请实施例还提供一种光谱数据处理装置，本申请实施例提供的光谱数据处理装置的一种结构示意图如图2所示，可以包括：

获取模块21，转换模块22，映射模块23，归一化模块24，第一音频数据获取模块25，第二音频数据获取模块26和音频播放模块27；其中，

获取模块21用于获取待处理光谱数据，所述待处理光谱数据包括第一光谱特征数据以及与所述第一光谱特征数据一一对应的波长数据；

转换模块22用于将所述波长数据转换为第一频率数据；

映射模块23用于将各个第一频率数据映射为与第一频率数据相对应的第二频率数据，所述第二频率数据的取值大于或等于20Hz，且小于20kHz；

归一化模块24用于将各个第一光谱特征数据归一化，得到第二光谱特征数据；

第一音频数据获取模块25用于构建与各个第一光谱特征数据一一对应的第一音频数据，所述第一音频数据为满足第一正弦波函数的音频数据，所述第一正弦波函数的幅值为与所述第一光谱特征数据对应的第二光谱特征数据的值，所述第一正弦波函数的频率为与所述第一光谱特征数据对应的第二频率数据的值，所有第一正弦波函数的相位相同；

第二音频数据获取模块26用于获取第二音频数据，所述第二音频数据为满足第二正弦波函数的音频数据，所述第二正弦波函数为所有第一正弦波函数之和；

音频播放模块27用于输出所述第二音频数据。

本申请实施例提供的一种光谱数据处理装置，将待处理光谱数据中的波长数据对应的第一频率数据映射为第二频率数据，该第二频率数据在人耳能够听到声音的频率范围内，将待处理光谱数据中的第一光谱特征数据归一化为第二光谱特征数据，通过第二光谱特征数据和第二频率数据构建第一音频数据，然后将所有第一音频数据相加得到最后的第二音频数据，该第二音频数据就是对待处理光谱数据进行处理得到的音频数据，通过音频播放装置输出所述第二音频数据，实现了从听觉认知角度对光谱数据的表达，可以直观的对具备相似音频的光谱数据进行有效区分，从而可以从听觉上对不同地物类型进行分类识别。

上述实施例中，优选的，所述映射模块23的一种结构示意图如图3所示，可以包括：

确定单元31和映射单元32；其中，

确定单元31用于确定目标频率范围；

映射单元32用于依据第一映射公式将各个第一频率数据映射为与第一频率数据相对应的第二频率数据，所述第二频率数据在所述目标频率范围内；所述第一映射公式为：

SF＝a+[(F₁-LF)/(F₁-F₀)]*b

其中，SF为与第一频率数据LF相对应的第二频率数据；a为第一映射系数，其取值为所述目标频率范围内的最小频率值；b为第二映射系数，所述第一映射系数与所述第二映射系数之和为所述目标频率范围内的最大频率值；F₀为最大第一频率值；F₁为最小第一频率值。

上述实施例中，优选的，所述归一化模块具体用于，依据归一化公式进行归一化，所述归一化公式为：

v＝(x-v_min)/(v_max-v_min)

其中，v为对第一光谱特征数据x归一化后的第二光谱特征数据；v_min为第一光谱特征数据的最小值；v_max为第一光谱特征数据的最大值。

上述实施例中，优选的，为了提高处理速度，所述第一正弦波函数的相位可以为零。

为了说明本方案与可视化光谱数据表达方式的不同，下面举例说明本方案的具体实现效果，本例中，所选用的待处理光谱数据的光谱曲线图如图4所示，波长范围为(350nm，1050nm)，则其对应的第一频率范围为(2.86×10¹⁴Hz,8.57×10¹⁴Hz)，本申请实施例中，将第一频率范围映射到第二频率范围(383Hz，1500Hz)，则经过本申请实施例提供的光谱数据处理方法处理后，得到的第二音频数据的波形图如图5所示。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种光谱数据处理方法，其特征在于，包括：

获取待处理光谱数据，所述待处理光谱数据包括第一光谱特征数据以及与所述第一光谱特征数据一一对应的波长数据；所述第一光谱特征数据包括反射率值或辐亮度值；

将所述波长数据转换为第一频率数据；

将各个第一频率数据映射为与第一频率数据相对应的第二频率数据，所述第二频率数据的取值大于或等于20Hz，且小于20kHz；

将各个第一光谱特征数据归一化，得到第二光谱特征数据；

构建与各个第一光谱特征数据一一对应的第一音频数据，所述第一音频数据为满足第一正弦波函数的音频数据，所述第一正弦波函数的幅值为与所述第一光谱特征数据对应的第二光谱特征数据的值，所述第一正弦波函数的频率为与所述第一光谱特征数据对应的第二频率数据的值，所有第一正弦波函数的相位相同；

依据所述第一音频数据获取第二音频数据，所述第二音频数据为满足第二正弦波函数的音频数据，所述第二正弦波函数为所有第一正弦波函数之和；

通过音频播放模块输出所述第二音频数据。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将各个第一频率数据映射为与第一频率数据相对应的第二频率数据包括：

确定目标频率范围；

依据第一映射公式将各个第一频率数据映射为与第一频率数据相对应的第二频率数据，所述第二频率数据在所述目标频率范围内；所述第一映射公式为：

SF＝a+[(F₁-LF)/(F₁-F₀)]*b

其中，SF为与第一频率数据LF相对应的第二频率数据；a为第一映射系数，其取值为所述目标频率范围内的最小频率值；b为第二映射系数，所述第一映射系数与所述第二映射系数之和为所述目标频率范围内的最大频率值；F₀为最大第一频率值；F₁为最小第一频率值。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述将各个第一光谱特征数据归一化包括：

依据归一化公式进行归一化，所述归一化公式为：

v＝(x-v_min)/(v_max-v_min)

其中，v为对第一光谱特征数据x归一化后的第二光谱特征数据；v_min为第一光谱特征数据的最小值；v_max为第一光谱特征数据的最大值。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一正弦波函数的相位为零。

5.一种光谱数据处理装置，其特征在于，包括：

获取模块，用于获取待处理光谱数据，所述待处理光谱数据包括第一光谱特征数据以及与所述第一光谱特征数据一一对应的波长数据；所述第一光谱特征数据包括反射率值或辐亮度值；

转换模块，用于将所述波长数据转换为第一频率数据；

映射模块，用于将各个第一频率数据映射为与第一频率数据相对应的第二频率数据，所述第二频率数据的取值大于或等于20Hz，且小于20kHz；

归一化模块，用于将各个第一光谱特征数据归一化，得到第二光谱特征数据；

第一音频数据获取模块，用于构建与各个第一光谱特征数据一一对应的第一音频数据，所述第一音频数据为满足第一正弦波函数的音频数据，所述第一正弦波函数的幅值为与所述第一光谱特征数据对应的第二光谱特征数据的值，所述第一正弦波函数的频率为与所述第一光谱特征数据对应的第二频率数据的值，所有第一正弦波函数的相位相同；

第二音频数据获取模块，用于获取第二音频数据，所述第二音频数据为满足第二正弦波函数的音频数据，所述第二正弦波函数为所有第一正弦波函数之和；

音频播放模块，用于输出所述第二音频数据。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述映射模块包括：

确定单元，用于确定目标频率范围；

映射单元，用于依据第一映射公式将各个第一频率数据映射为与第一频率数据相对应的第二频率数据，所述第二频率数据在所述目标频率范围内；所述第一映射公式为：

SF＝a+[(F₁-LF)/(F₁-F₀)]*b

其中，SF为与第一频率数据LF相对应的第二频率数据；a为第一映射系数，其取值为所述目标频率范围内的最小频率值；b为第二映射系数，所述第一映射系数与所述第二映射系数之和为所述目标频率范围内的最大频率值；F₀为最大第一频率值；F₁为最小第一频率值。

7.根据权利要求5或6所述的装置，其特征在于，所述归一化模块具体用于，依据归一化公式进行归一化，所述归一化公式为：

v＝(x-v_min)/(v_max-v_min)

其中，v为对第一光谱特征数据x归一化后的第二光谱特征数据；v_min为第一光谱特征数据的最小值；v_max为第一光谱特征数据的最大值。

8.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述第一正弦波函数的相位为零。