基于多類(lèi)型光譜特征參數(shù)協(xié)同的礦物類(lèi)型遙感識(shí)別方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于多類(lèi)型光譜特征參數(shù)協(xié)同的礦物類(lèi)型遙感識(shí)別方法，適用于 多種高光譜數(shù)據(jù)的區(qū)域礦物填圖領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 由于高光譜遙感數(shù)據(jù)具有波段連續(xù)、波譜分辨率高的特點(diǎn)，可以在礦物類(lèi)型識(shí)別 中發(fā)揮重要作用，且已經(jīng)在局部區(qū)域礦物填圖等工作中得到逐步廣泛的應(yīng)用。利用遙感手 段可以從廣域空間、多時(shí)相尺度下實(shí)現(xiàn)礦物信息的快速識(shí)別和提取，縮短礦物填圖時(shí)間，提 高效率。然而由于地表結(jié)構(gòu)復(fù)雜、混合像元及大氣環(huán)境背景影響等因素的限制，致使利用遙 感技術(shù)進(jìn)行礦物識(shí)別的精度不高。因此，研究高精度的礦物信息識(shí)別方法具有重要的意義。
[0003] 當(dāng)前的高光譜遙感數(shù)據(jù)識(shí)別礦物類(lèi)型的方法主要分為兩類(lèi)：
[0004] -類(lèi)是基于光譜匹配的方法，使用連續(xù)的高光譜遙感數(shù)據(jù)與地表測(cè)量的具體類(lèi)型 的礦物光譜數(shù)據(jù)匹配，依據(jù)二者匹配的相似性或距離差異確定礦物類(lèi)型。該方法的限制性 主要有兩個(gè)方面：（1)由于受當(dāng)前技術(shù)條件及環(huán)境背景、大氣參數(shù)等因素的影響，即使對(duì)高 光譜遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行地表反射率的恢復(fù)重建等處理，仍然不能完全消除大氣對(duì)地表真實(shí)光譜 的影響；（2)混合像元對(duì)光譜有明顯的影響，地表的礦物光譜是測(cè)量的純凈礦物光譜信息， 而遙感測(cè)量的是礦物及周?chē)尘耙鼐C合作用的光譜，二者匹配有較大困難。以上因素使 得直接用光譜匹配技術(shù)識(shí)別礦物類(lèi)型存在明顯的不確定性。
[0005] 另一類(lèi)是基于特定礦物光譜特征參數(shù)的識(shí)別方法，不同的礦物類(lèi)型，在不同的光 譜波段體現(xiàn)出獨(dú)特的光譜特征，依據(jù)特定類(lèi)型礦物的光譜特征參數(shù)可以識(shí)別出該類(lèi)型的礦 物。在礦物類(lèi)型單一的區(qū)域，該方法能體現(xiàn)出較高的精度，而在礦物類(lèi)型復(fù)雜的區(qū)域，由于 礦物的光譜特征主要集中在短波紅外這一非常窄的波長(zhǎng)區(qū)域，單一的光譜特征參數(shù)很難區(qū) 分出不同類(lèi)型的礦物。因此，當(dāng)前技術(shù)方法的局限，限制了高光譜遙感技術(shù)在礦物類(lèi)型識(shí)別 中的應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出一種基于多類(lèi)型光譜特征參數(shù) 協(xié)同的礦物類(lèi)型遙感識(shí)別方法，能夠有效提高區(qū)域的礦物填圖精度。
[0007] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0008] 基于多類(lèi)型光譜特征參數(shù)協(xié)同的礦物類(lèi)型遙感識(shí)別方法，包括如下步驟：
[0009] a高光譜數(shù)據(jù)預(yù)處理
[0010]對(duì)高光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行光譜重建；
[0011]光譜重建包括壞線修復(fù)、絕對(duì)輻亮度值轉(zhuǎn)換、大氣校正、條紋去除及光譜平滑處 理；
[0012] b典型礦物波譜處理
[0013] 針對(duì)不同的高光譜數(shù)據(jù)，按照不同的采樣間隔對(duì)典型礦物波譜數(shù)據(jù)進(jìn)行波譜重采 樣；
[0014] c多類(lèi)型光譜特征參數(shù)解算
[0015] 首先對(duì)高光譜數(shù)據(jù)和典型礦物波譜進(jìn)行包絡(luò)線去除處理，然后再分別提取其多類(lèi) 型光譜特征參數(shù)；
[0016] 其中，光譜特征參數(shù)包括吸收波谷位置、吸收反射率、吸收深度、吸收寬度、吸收斜 率、吸收對(duì)稱度、吸收面積、光譜吸收指數(shù)、吸收左肩位置及吸收右肩位置；
[0017] d監(jiān)督分類(lèi)法礦物填圖實(shí)驗(yàn)
[0018] 通過(guò)最佳指數(shù)因子計(jì)算不同類(lèi)型光譜特征參數(shù)組合的信息量，確定最佳光譜特征 參數(shù)組合，基于模式識(shí)別方法進(jìn)行礦物填圖實(shí)驗(yàn)；
[0019] e決策樹(shù)分類(lèi)法礦物填圖實(shí)驗(yàn)
[0020] 首先對(duì)典型礦物波譜的多類(lèi)型光譜特征參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，然后參照高光譜數(shù)據(jù) 中礦物端元對(duì)應(yīng)的光譜特征參數(shù)值，構(gòu)建研究區(qū)礦物類(lèi)型識(shí)別決策樹(shù)模型，進(jìn)行礦物填圖 實(shí)驗(yàn)。
[0021] 本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：
[0022] 本發(fā)明中的礦物類(lèi)型遙感識(shí)別方法是基于多類(lèi)型光譜特征參數(shù)的協(xié)同，能夠有效 降低或減弱混合光譜、光譜畸變、大氣及復(fù)雜環(huán)境背景等因素的影響，保持較高的穩(wěn)定性， 具有較高的整體礦物識(shí)別精度。本發(fā)明為高光譜礦物識(shí)別提供了一種新思路，可為以后使 用高光譜遙感手段進(jìn)行礦物類(lèi)型識(shí)別中不同信息的綜合應(yīng)用提供借鑒。
【附圖說(shuō)明】
[0023] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例中基于多類(lèi)型光譜特征參數(shù)協(xié)同的礦物類(lèi)型遙感識(shí)別流程框 圖；
[0024] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例中光譜特征參數(shù)計(jì)算示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖以及【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明：
[0026]如圖1所示，基于多類(lèi)型光譜特征參數(shù)協(xié)同的礦物類(lèi)型遙感識(shí)別方法，包括如下步 驟：
[0027] a高光譜數(shù)據(jù)預(yù)處理
[0028]為準(zhǔn)確獲取地物的真實(shí)地表反射率信息，需要對(duì)高光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行光譜重建。光譜 重建包括壞線修復(fù)、絕對(duì)輻亮度值轉(zhuǎn)換、大氣校正、條紋去除及光譜平滑處理。
[0029]對(duì)于AVIRIS數(shù)據(jù)僅僅需要進(jìn)行大氣校正處理。
[0030] 而對(duì)于Hyperion高光譜數(shù)據(jù)，存在如下問(wèn)題：
[0031] 1、由于傳感器輻射定標(biāo)存在問(wèn)題，導(dǎo)致數(shù)據(jù)中存在不正常的條帶數(shù)據(jù)，其中，無(wú)數(shù) 據(jù)或數(shù)據(jù)值異常的行或列稱為壞線；
[0032] 2、由于傳感器的固有系統(tǒng)噪聲造成的規(guī)律性條帶成為條紋，因此，需要分別進(jìn)行 壞線修復(fù)和條紋去除；
[0033] 3、由于Hyperion數(shù)據(jù)由兩部分光譜儀獲取，不同光譜范圍的輻射定標(biāo)值不同，因 此，需要做絕對(duì)輻亮度值轉(zhuǎn)換，而后進(jìn)行大氣校正處理；
[0034] 4、經(jīng)過(guò)大氣校正后的Hyperion數(shù)據(jù)，仍存在大量的"毛刺"光譜噪聲，反射率變化 非常明顯，因此需要進(jìn)行光譜平滑處理。
[0035]由此可見(jiàn)，Hyper ion高光譜數(shù)據(jù)的處理流程為壞線修復(fù)、絕對(duì)福亮度值轉(zhuǎn)換、大氣 校正、條紋去除及光譜平滑處理。其中，
[0036] 1、壞線修復(fù)使用Hyperion Tools處理。
[0037] 2、絕對(duì)輻亮度值轉(zhuǎn)換及大氣校正使用ENVI中的FLAASH大氣校正模塊處理。
[0038] 3、條紋去除使用全局條紋去除法處理，如公式1、2、3所示：
[0042] 其中，為影像第k波段第j列像元平均值；
[0043] 影像第k波段第j列像元值的標(biāo)準(zhǔn)差；
[0044] 妨^為參考影像第k波段第j列像元平均值和標(biāo)準(zhǔn)差；
[0045] R、k表示影像第k波段第j列第i行的校正值。
[0046] 4、然后采用海明窗濾波器(Hamming)對(duì)高光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行光譜平滑處理，如公式4、5 所示，減少噪聲的影響，突出高光譜數(shù)據(jù)的光譜吸收特性。
[0047] Hamming函數(shù)可以時(shí)間域可表示為：
[0049]它的頻域特性可以表示為：
[0051 ] b典型礦物波譜處理
[0052] USGS(United States Geological Survey)波譜庫(kù)在JPL(Jet Propulsion Laboratory)波譜數(shù)據(jù)庫(kù)的基礎(chǔ)上構(gòu)建，覆蓋范圍為0.4~2.45μπι。
[0053] 為了與其他高光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行光譜匹配分析，需要對(duì)其進(jìn)行光譜重采樣處理，如式6 所示：
[0055] 式中，ρ表示重采樣后的光譜，ρ(λ)表示原始光譜，β(λ)表示光譜響應(yīng)函數(shù)。
[0056] 針對(duì)不同的高光譜數(shù)據(jù)，按照不同的采樣間隔對(duì)典型礦物波譜數(shù)據(jù)進(jìn)行波譜重采 樣。
[0057] c多類(lèi)型光譜特征參數(shù)解算
[0058]首先對(duì)高光譜數(shù)據(jù)和典型礦物波譜進(jìn)行包絡(luò)線去除處理，然后再分別提取其多類(lèi) 型光譜特征參數(shù)，如圖2示出了本發(fā)明中光譜特征參數(shù)計(jì)算示意圖。
[0059]光譜特征參數(shù)包括吸收波谷位置Ρ、吸收反射率RP、吸收寬度W、吸收對(duì)稱度S、吸收 深度H、吸收面積A、吸收斜率K、光譜吸收指數(shù)SAI、吸收左肩位置吸收右肩位置&。
[0060] 吸收波谷位置P是指吸收譜帶的谷底極小值點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)，即反射率最低處的 波長(zhǎng)，可用λρ表示。
[0061] 吸收反射率RP指的是吸收波谷位置Ρ處的反射率值。
[0062] 吸收寬度W是吸收波谷兩側(cè)肩部的波譜帶寬，如公式7所示：
[0063] ff=A2-Ai (7)
[0064] 式中，λ#Ρλ2分別為吸收波谷起始波長(zhǎng)和終止波長(zhǎng)的反射率；
[0065]吸收對(duì)稱度S是指過(guò)波谷位置垂線的左右兩部分的對(duì)稱程度，等于左（右）肩部距 谷底的波長(zhǎng)寬度與吸收寬