[發明專利]一種基于動態時間規整的海洋生物識別方法

在審

• 申請號: 201710793186.4
• 申請日: 2017-09-06
• 公開（公告）號: CN107665712A
• 公開（公告）日: 2018-02-06
• 發明（設計）人: 王棟;司紀鋒
• 申請（專利權）人: 中國科學院聲學研究所北海研究站
• 主分類號: G10L17/26
• 分類號: G10L17/26;G10L17/06;G10L25/24;G10L25/03;G10L25/27;G10L25/51
• 代理公司: 青島華慧澤專利代理事務所(普通合伙)37247
• 代理人: 劉娜,李新欣

1.一種基于動態時間規整的海洋生物識別方法，其特征在于，包括提取已知海洋生物物種的信號特征作為該物種的特征模板，每個物種的特征模板可包含多個特征；提取待識別生物的信號特征，使用動態時間規整算法將待識別生物的信號特征與特征模板的信號特征進行模式匹配，在設定的閾值范圍內匹配成功則為該特征模板的生物，否則為未知生物。

2.根據權利要求1所述的一種基于動態時間規整的海洋生物識別方法，其特征在于，所述信號特征包括作為主動信號特征的包絡和作為被動信號特征的梅爾頻率倒譜系數。

3.根據權利要求2所述的一種基于動態時間規整的海洋生物識別方法，其特征在于，所述包絡的模式匹配步驟如下：

(1)待識別信號的特征量記作F，特征模板的某一特征記作M，F和M分別是維數為m和n的向量，計算F和M每維之間的距離，并填充距離矩陣dist，dist是m×n的矩陣，計算公式如下：

dist(i,j)＝[F(i)-M(j)]² (1)；

(2)由dist計算累積距離矩陣D，D是m×n的矩陣；

令D(1,1)＝dist(1,1)，D的第一行和第一列分別由dist的第一行和第一列累加得到：

D(i,1)＝dist(i,1)+D(i-1,1),2≤i≤m (2)；

D(1,j)＝dist(1,j)+D(1,j-1),2≤j≤n (3)；

從第2行第2列開始，D(i,j)只能由3個點中的一個值累加得到，分別是D(i-1,j)、D(i,j-1)、D(i-1,j-1)，取其最小值與D(i,j)相加作為位置(i,j)的累積距離，計算公式如下：

D(i,j)＝dist(i,j)+min[D(i,j-1),D(i-1,j),D(i-1,j-1)] (4)；

(3)填充累積距離矩陣D之后，從位置(m,n)倒序尋找一條最小累積距離的路徑，將路徑點的位置作為最優路徑記錄至R中，R是r×2的矩陣，r為最優路徑點的個數；

(4)F和M的最小累計距離是D(m,n)，R中記錄的是最優路徑點，D(m,n)除以r就可以得到F和M的距離，記為d_FM；

(5)依次計算F與各物種特征模板中特征的距離d_FM，當特征模板中某一物種的特征數量多于一個時，對同物種內的d_FM取平均值；如果d_FM的最小值小于設定的閾值，則M所屬的物種即為識別結果；如果d_FM的最小值大于設定的閾值，則判定為未知物種。

4.根據權利要求2所述的一種基于動態時間規整的海洋生物識別方法，其特征在于，所述梅爾頻率倒譜系數的模式匹配步驟如下：

(1)提取待識別信號的梅爾頻率倒譜系數記作F，特征模板的某個梅爾頻率倒譜系數記作M，F和M分別是m×d和n×d的矩陣，m和n是幀數，d是每一幀的維數；由于梅爾頻率倒譜系數特征是矩陣的形式，距離矩陣dist由F和M每幀之間的距離進行填充，每幀之間的距離計算公式如下：

dist(i,j)=Σp=1d[F(i,p)-M(j,p)]2---(5);]]>

(2)由dist計算累積距離矩陣D，D是m×n的矩陣；

令D(1,1)＝dist(1,1)，D的第一行和第一列分別由dist的第一行和第一列累加得到：

D(i,1)＝dist(i,1)+D(i-1,1),2≤i≤m (2)；

D(1,j)＝dist(1,j)+D(1,j-1),2≤j≤n (3)；

從第2行第2列開始，D(i,j)只能由3個點中的一個值累加得到，分別是D(i-1,j)、D(i,j-1)、D(i-1,j-1)，取其最小值與D(i,j)相加作為位置(i,j)的累積距離，計算公式如下：

D(i,j)＝dist(i,j)+min[D(i,j-1),D(i-1,j),D(i-1,j-1)] (4)；

(3)填充累積距離矩陣D之后，從位置(m,n)倒序尋找一條最小累積距離的路徑，將路徑點的位置作為最優路徑記錄至R中，R是r×2的矩陣，r為最優路徑點的個數；

(4)F和M的最小累計距離是D(m,n)，R中記錄的是最優路徑點，D(m,n)除以r就可以得到F和M的距離，記為d_FM；

(5)依次計算F與各物種特征模板中特征的距離d_FM，當特征模板中某一物種的特征數量多于一個時，對同物種內的d_FM取平均值；如果d_FM的最小值小于設定的閾值，則M所屬的物種即為識別結果；如果d_FM的最小值大于設定的閾值，則判定為未知物種。