Iterative curve fitting: A robust technique to estimate the wavelength position and depth of absorption features from spectral data

• Processo: 16/11551-6
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Publicações científicas - Artigo
• Data de Início da vigência: 01 de julho de 2016
• Data de Término da vigência: 31 de dezembro de 2016
• Área do conhecimento: Ciências Exatas e da Terra - Geociências - Geologia
• Pesquisador responsável: Carlos Roberto de Souza Filho
• Beneficiário: Carlos Roberto de Souza Filho
• Instituição Sede: Instituto de Geociências (IG). Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Campinas , SP, Brasil
• Assunto(s): Sensoriamento remoto
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: absorption feature depth | Gaussian fitting | iterative method | new algorithm | polynomial fitting | spectral analysis | Sensoriamento Remoto

Resumo

Neste artigo apresentamos um método robusto cunhado Iterative Curve Fitting (ICF) para estimar a posição (comprimento de onda no espectro eletromagnético) e profundidade de feições de absorção espectral. A técnica permite o encaixe, de forma iterativa, de uma curva à espectros com o contínuo removido e subconjuntos de bandas com base no mínimo do ajuste precedente, até cumprir um limite especificado de erro residual. O mínimo da última iteração e seu valor de reflectância substituídosão recuperados como o comprimento de onda da feição, com sua respectiva profundidade. São aqui introduzidas duas variantes da técnica, denominadas Gaussian fitting (IGF) e Iiterative polynomial fitting (IPF). A superioridade destes algoritmos em relação aos métodos atuais é demonstrada com base em quatro feições de absorção espectral distintas, entre 400-2500nm, obtidas a partir da medida, em laboratório, de um conjunto de amostras de arenitos. Os métodos podem atingir um RMSE de até ± 1,0 nm para o comprimento de onda e 1% para a profundidade da feição. A posição da feição espectral no espectro eletromagnético, em comprimentos de onda, considerando-se um sensor hiperespectral com intervalo de amostragem inferior a 10 nm, mostra um erro de, no máximo, ± 3 nm, a 95% de nível de confiança. Experimentos realizados com diferentes relações sinal-ruído (SNR) indicam a robustez da técnica. O IPF é capaz de estimar o comprimento de onda de feições espectrais discretas com um RMSE de ± 2,7 nm sob SNR de 150:1 e feições mais amplas com RMSE de ± 4,2nm sob SNR de 400: 1. Esses métodos foram incorporados num programa denominado Automated Absorption-based Mineral Spectral Analyzer (AMISA), que permite o cálculo simultâneo da largura, área, e assimetria de feições espectrais adquiridas a partir de sensores imageadores e não-imageadores. (AU)